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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, das eine Brennstoffzelle und eine Batterie als Leistungsquellen umfasst.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Als Brennstoffzellensysteme, die in Kraftfahrzeugen oder dergleichen montiert werden, wurden bisher verschiedene Brennstoffzellensysteme vorgeschlagen, die eine Brennstoffzelle und eine Batterie als Leistungsquellen umfassen, um eine plötzliche Schwankung eines Verbrauchers, welche über die Stromerzeugungskapazität der Brennstoffzelle hinausgeht, zu bewältigen.
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Wenn bei einem solchen Brennstoffzellensystem beispielsweise ein Systemelement wie beispielsweise ein Antriebsmotor, welcher mit elektrischem Strom aus der Brennstoffzelle und der Batterie versorgt wird, oder ein Wechselrichter, der den Antriebsmotor steuert, einen Defekt aufweist, wird eine unausgeglichene Leistungsabgabe verursacht. Daher wurde ein System vorgeschlagen, das eine Funktion einsetzt, um individuelle Systemelemente zu veranlassen, unabhängig eine Defekterkennung durchzuführen oder zum Selbstschutz anzuhalten (Fail-safe), um eine unausgeglichene Leistungsabgabe zu verhindert. Allerdings ist es bei einem System, das eine solche Funktion nutzt, wahrscheinlich, dass ein sogenannter gleichzeitig auftretender bzw. zusammenhängender Fehler verursacht wird, bei dem ein anderes Systemelement aufgrund eines Defekts in einem bestimmten Systemelement ebenfalls einen Defekt aufweist.
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Als Gegenmaßnahme gegen einen gleichzeitigen Fehler wird beispielsweise die folgende Technologie in
WO2014/013606 offenbart. In einem System, das einen Wandler für eine Brennstoffzelle umfasst (nachfolgend als „Brennstoffzellenwandler“ bezeichnet), einen Wandler für eine Batterie (nachfolgend als „Batteriewandler“) und einen Wechselrichter, der zwischen dem Brennstoffzellenwandler und einem Verbraucher platziert ist, und dieser Wechselrichter ebenfalls zwischen dem Batteriewandler und dem Verbraucher platziert ist, wird Defektinformation zwischen einem ersten Controller, der einen Defekt des Brennstoffzellenwandlers erfasst, und einem zweiten Controller, der einen Defekt des Batteriewandlers und des Wechselrichters erfasst, übertragen. Wenn entweder der erste Controller oder der zweite Controller das Auftreten eines Defekts in einem Wandler erfasst, wird der Antrieb des anderen Wandlers und des Wechselrichters angehalten.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Wenn allerdings, wie in der in
WO2014/013606 offenbarten Technologie, ein bestimmter Defekt in einem Wandler auftritt (wenn beispielsweise eine Überspannung erzeugt wird), hält auch der andere Wandler oder der Wechselrichter seinen Betrieb an. Dementsprechend muss das gesamte System angehalten werden selbst wenn kein Problem in dem anderen Wandler oder dem Wechselrichter besteht und daher besteht das Problem, dass das System nicht effizient arbeiten kann.
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Daher sieht die Erfindung ein Brennstoffzellensystem vor, das eine Brennstoffzelle und eine Batterie umfasst, bei dem das gesamte System weiter betrieben werden kann, selbst wenn eine Überspannung in einem Wandler erfasst wird.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem, das eine Brennstoffzelle umfasst, eine Sekundärbatterie, einen ersten Wandler, welcher zwischen der Brennstoffzelle und einem Verbraucher platziert ist, einem zweiten Wandler, der zwischen der Sekundärbatterie und dem Verbraucher platziert ist, und einen Controller. Der Controller ist eingerichtet, den Betrieb des Brennstoffzellensystems vorübergehend anzuhalten, wenn eine Überspannung in einem Wandler, entweder dem ersten Wandler oder dem zweiten Wandler, erfasst wird. Der Controller ist eingerichtet, einen angehaltenen Zustand in dem Brennstoffzellensystem zu halten, wenn eine Überspannung in einem anderen Wandler, entweder dem ersten Wandler oder dem zweiten Wandler, in einem Zustand erfasst wird, in dem der Betrieb des Brennstoffzellensystems vorübergehend angehalten wurde. Der Controller ist eingerichtet, den Betrieb des Brennstoffzellensystems neu zu starten, wenn keine Überspannung in dem anderen Wandler in einem Zustand erfasst wird, in dem der Betrieb des Brennstoffzellensystems vorübergehend angehalten wurde.
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Gemäß diesem Aspekt, wenn eine Überspannung in einem Wandler erzeugt wird aber eine Überspannung nicht in dem anderen Wandler erzeugt wird, kann das System als Ganzes weiter arbeiten. Dementsprechend ist es, verglichen mit einem Fall im Stand der Technik, in dem ein Wandler ebenfalls seinen Betrieb anhalten muss, wenn eine Auffälligkeit in dem anderen Wandler (Auftreten einer Überspannung oder dergleichen) erkannt wird, möglich, das System effizienter zu betreiben.
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Das Brennstoffzellensystem kann ferner eine Spannungserfassungseinheit umfassen, die eingerichtet ist, eine Spannung des einen Wandlers zu erfassen, wenn keine Überspannung in dem anderen Wandler in dem Zustand erfasst wird, in dem der Betrieb des Brennstoffzellensystems vorübergehend angehalten wurde. Der Controller kann eingerichtet sein, den Betrieb des Brennstoffzellensystems unter Verwendung von nur einer Leistungsabgabe des anderen Wandlers neu zu starten, wenn eine von der Spannungserfassungseinheit erfasste Spannung des einen Wandlers höher ist als ein vorgegebener Wert.
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Der erste Wandler kann ein Brennstoffzellenwandler sein, der eine erste Überspannungserfassungsschaltung umfasst. Der zweite Wandler kann ein Batteriewandler sein, der eine zweite Überspannungserfassungsschaltung umfasst. Der Controller kann eingerichtet sein, den Betrieb des Brennstoffzellensystems vorübergehend anzuhalten, wenn von der ersten Überspannungserfassungsschaltung eine Überspannung in dem Brennstoffzellenwandler erfasst wird. Der Controller kann eingerichtet sein, den angehaltenen Zustand des Brennstoffzellensystems zu halten, wenn von der zweiten Überspannungserfassungsschaltung eine Überspannung in dem Batteriewandler in dem Zustand erfasst wird, in dem der Betrieb des Brennstoffzellensystems vorübergehend angehalten wurde. Der Controller kann eingerichtet sein, den Betrieb des Brennstoffzellensystems neu zu starten, wenn von der zweiten Überspannungserfassungsschaltung in dem Zustand, in dem der Betrieb des Brennstoffzellensystems vorübergehend angehalten wurde, keine Überspannung in dem Batteriewandler erfasst wird.
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Das Brennstoffzellensystem kann ferner eine Spannungserfassungseinheit umfassen, die eingerichtet ist, eine Spannung des Brennstoffzellenwandlers zu erfassen, wenn keine Überspannung in dem Batteriewandler von dem zweiten Überspannungserfassungsschaltung in dem Zustand erfasst wird, in dem der Betrieb des Brennstoffzellensystems vorübergehend angehalten wird. Der Controller kann eingerichtet sein, den Betrieb des Brennstoffzellensystems neu zu starten unter Verwendung von nur einer Leistungsabgabe des Batteriewandlers, wenn eine von der Spannungserfassungseinheit erfasste Spannung des Brennstoffzellenwandlers höher ist als ein vorgegebener Wert. Der Controller kann eingerichtet sein, die erste Überspannungserfassungsschaltung außer Kraft zu setzen und den Betrieb des Brennstoffzellensystems neu zu starten, wenn die von der Spannungserfassungseinheit erfasste Spannung des Brennstoffzellenwandlers niedriger ist als der vorgegebene Wert.
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Das Brennstoffzellensystem kann ferner ein Relais umfassen, das eingerichtet ist, eine Verbindung zwischen dem Brennstoffzellenwandler und dem Batteriewandler zu steuern. Das Relais kann zwischen dem Brennstoffzellenwandler und dem Batteriewandler platziert sein. Der Controller kann eingerichtet sein zu bestimmen, dass eine Stromkreisunterbrechung in dem Relais stattfindet, wenn die von der Spannungserfassungseinheit erfasste Spannung des Brennstoffzellenwandlers höher ist als der vorgegebene Wert.
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Erfindungsgemäß ist es in einem Brennstoffzellensystem, das eine Brennstoffzelle und eine Batterie als Leistungsquellen umfasst, möglich, das gesamte System kontinuierlich zu veranlassen, selbst bei Erfassung einer Überspannung in einem Wandler zu arbeiten.
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Figurenliste
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Merkmale, Vorteile und technische und industrielle Bedeutung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:
- 1 ein Diagramm ist, das eine Konfiguration eines Brennstoffzellenhybridfahrzeugsystems (FCHV-System) gemäß einer Ausführungsform darstellt, das in einem Kraftfahrzeug montiert ist;
- 2 ein Diagramm ist, das ein Schaltbild einer Grundschaltung eines Brennstoffzellenwandlers gemäß der Ausführungsform darstellt;
- 3 ein Flussdiagramm ist, das ein Steuerprogramm für eine Überspannungsbestimmung gemäß der Ausführungsform darstellt; und
- 4 ein Diagramm ist, das eine Typtabelle für eine Überspannungsbestimmung gemäß der Ausführungsform darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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(Ausführungsform) Nachfolgend wird ein Brennstoffzellensystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem als bordinternes Stromerzeugungssystem (FCHV-System) eines Brennstoffzellenfahrzeugs (eines Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug (FCHV)) verwendet, aber es kann auf verschiedene andere bewegliche Objekte (beispielsweise ein Schiff, ein Flugzeug oder einen Roboter) neben einem Kraftfahrzeug, einer stationären Stromliefervorrichtung oder einem mobilen Brennstoffzellensystem angewendet werden.
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Ein FCHV-System 100 umfasst, beispielsweise, eine Brennstoffzelle 110 vom Typ Polymerelektrolyt und eine Batterie 120 als Stromversorgungsquelle für einen Verbraucher 130. Die Brennstoffzelle 110 ist ein solider Polymerelektrolytzellenstapel, bei dem eine Mehrzahl an Zellen in Reihe gestapelt sind. Die Brennstoffzelle 110 umfasst einen Kanal für die Zulieferung von Brenngas an eine Anode, einen Kanal für die Zulieferung von Oxidationsgas an eine Kathode und einen Kanal für die Zulieferung von Kühlmittel (von welchen keiner dargestellt ist) und kann gewünschten elektrischen Strom erzeugen, indem eine Menge an zugeführtem Brenngas oder eine Menge an zugeführtem Oxidationsgas von einem Controller 160 gemäß einem Steuersignal gesteuert wird.
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Die Brennstoffzelle 110 und der Verbraucher 130 sind miteinander über eine Stromleitung A verbunden. In der Stromleitung A sind ein Wandler für eine Brennstoffzelle (nachfolgend als „Brennstoffzellenwandler“ bezeichnet) 150, ein Brennstoffzellenrelais 155 und ein Wechselrichter 140 aufeinanderfolgend an der Seite der Brennstoffzelle 110 positioniert.
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Der Brennstoffzellenwandler 150 dient zur Steuerung einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 110 und ist ein unidirektionaler Spannungswandler, der die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 110, die auf einer Eingangsseite, das heißt, auf der Seite der Brennstoffzelle 110, zugeführt wird, erhöht, und der die erhöhte Ausgangsspannung als Ausgangsspannung des Brennstoffzellenwandlers 150 auf einer Ausgangsseite ausgibt, das heißt, an die Seite des Wechselrichters 140. Die Steuerung wird von dem Brennstoffzellenwandler 150 derart durchgeführt, dass die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 110 eine Spannung erreicht, die einer Zielausgabe entspricht. Eine Überspannungserfassungsschaltung (nachfolgend als „Brennstoffzellen-Überspannungserfassungsschaltung“ bezeichnet) 151 und ein Spannungssensor Sv, der eine Überspannung auf der Ausgangsseite des Brennstoffzellenwandlers 150 erfasst, sind auf der Ausgangsseite des Brennstoffzellenwandlers 150 angeordnet. Wenn eine Überspannung auf der Ausgangsseite des Brennstoffzellenwandlers 150 erfasst wird, gibt die Brennstoffzellen-Überspannungserfassungsschaltung (eine erste Überspannungserfassungsschaltung) 151 ein Brennstoffzellen-Überspannungserfassungssignal Sovl an den Controller 160 aus.
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Eine Stromleitung B ist mit der Stromleitung A verbunden. Ein Verbindungspunkt X der Stromleitung A und der Stromleitung B ist zwischen dem Brennstoffzellenwandler 150 und dem Wechselrichter 140 platziert. Die Batterie 120 ist mit einem Ende der Stromleitung B verbunden und ein Batteriewandler 180 ist zwischen der Batterie 120 und dem Verbindungspunkt X platziert. Die Verbindung zwischen dem Brennstoffzellenwandler 150 und dem Batteriewandler 180 wird von dem Brennstoffzellenrelais 155 zwischen AN und AUS hin- und her geschaltet, das von dem Controller 160 gesteuert wird.
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Die Batterie 120 ist parallel mit der Brennstoffzelle 110 mit dem Verbraucher 130 verbunden und dient als Speicher für überschüssigen Strom, als regenerativer Energiespeicher während der Zeit regenerativen Bremsens und als Energiepuffer während der Zeit, in welcher sich eine Last bedingt durch Beschleunigen und Abbremsen des Brennstoffzellenfahrzeugs verändert. Zum Beispiel wird eine Sekundärbatterie, wie beispielsweise eine Nickel-Cadmium-Speicherbatterie, eine Nickel-Hydrid-Speicherbatterie oder eine Lithium-Sekundärbatterie als Batterie 120 verwendet.
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Der Batteriewandler 180 dient zur Steuerung einer Ausgangsspannung der Batterie 120 (einer Eingangsspannung Vin des Wechselrichters 140). Eine Überspannungserfassungsschaltung (nachfolgend als „Batterie-Überspannungserfassungsschaltung“ bezeichnet) 181, die eine Überspannung auf einer Ausgangsseite des Batteriewandlers 180 erfasst, ist auf einer Ausgangsseite des Batteriewandlers 180 angeordnet. Wenn die Überspannung auf der Ausgangsseite des Batteriewandlers 180 erfasst wird, gibt die Batterie-Überspannungserfassungsschaltung (eine zweite Überspannungserfassungsschaltung) 181 ein Batterie-Überspannungserfassungssignal Sov2 an den Controller 160 aus. Das Schaltbild des Batteriewandlers 180 kann die gleiche Anordnung aufweisen wie der Brennstoffzellenwandler 150, ist allerdings nicht darauf beschränkt und kann eine beliebige Anordnung verwenden, solange sie die Eingangsspannung Vin des Wechselrichters 140 steuern kann.
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Der Wechselrichter 140 ist beispielsweise ein PWM-Wechselrichter, der mittels Pulsweitenmodulation angetrieben wird, wandelt ausgegebenen Gleichstrom von der Brennstoffzelle 110 und/oder der Batterie 120 gemäß einem Steuerbefehl von dem Controller 160 in Dreiphasenwechselstrom um und führt den Dreiphasenwechselstrom dem Verbraucher 130 zu. Beispiele für den Verbraucher 130 umfassen einen Luftkompressor oder einen Antriebsmotor, allerdings ist der Verbraucher nicht auf diese Beispiele beschränkt.
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Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, sind in dieser Ausführungsform, auf einer Niederspannungsseite (der Seite der Batterie 120) der Stromleitung B, ein Hilfsmotor bereitgestellt, der eine Wasserstoffpumpe antreibt zum Rückführen an die Brennstoffzelle 110 von wasserstoffhaltigem Gas, das aus einem Wasserstoffgasdurchlauf der Brennstoffzelle 110 ausgestoßen wurde, ein Hilfsmotor, der eine Kühlmittelpumpe zum Zirkulieren eines Kühlmittels antreibt, welches verwendet wird, um die Temperatur der Brennstoffzelle 110 anzupassen, ein Hilfswechselrichter, der einen Gleichstrom in Dreiphasenwechselstrom umwandelt und den Dreiphasenwechselstrom den Hilfsmotoren zuführt (von denen keiner dargestellt ist) und dergleichen.
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2 ist ein Diagramm, das ein Schaltbild einer Grundschaltung des Brennstoffzellenwandlers 150 darstellt. In 2 wird zum Zwecke einer einfacheren Beschreibung eine nicht angehobene Spannung, die dem Brennstoffzellenwandler 150 zugeführt wird, als Eingangsspannung VI definiert und eine angehobene Spannung, die aus dem Brennstoffzellenwandler 150 ausgegeben wird, wird als Ausgangsspannung Vh definiert.
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Der Brennstoffzellenwandler 150 umfasst einen Reaktor (einen Induktor) L1, eine Gleichrichtungsdiode D1, ein Schaltelement SW1, gebildet aus einem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), und einen Glättungskondensator C1. Ein Ende des Reaktors (des Induktors) L1 ist mit einer Ausgangsklemme der Brennstoffzelle 110 verbunden und das andere Ende ist mit dem Kollektor des Schaltelements SW1 verbunden. Das Schaltelement SW1 ist zwischen einer Stromleitung des Wechselrichters 140 und einer Masseleitung verbunden. Insbesondere ist der Kollektor des Schaltelements SW1 mit der Stromleitung verbunden und dessen Emitter ist mit der Masseleitung verbunden. Bei dieser Konfiguration fließt zuerst, wenn das Schaltelement SW1 eingeschaltet wird, ein Strom von der Brennstoffzelle 110 an den Induktor L1, dann an das Schaltelement SW1 und der Induktor L1 wird zu diesem Zeitpunkt durch einen Gleichstrom angeregt und speichert magnetische Energie.
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Anschließend, wenn das Schaltelement SW1 ausgeschaltet wird, wird eine Induktionsspannung, die sich aus der in dem Induktor L1 gespeicherten magnetischen Energie ergibt, der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 110 überlagert (das heißt, der Eingangsspannung VI des Brennstoffzellenwandlers 150). Eine Betriebsspannung (das heißt, die Ausgangsspannung Vh des Brennstoffzellenwandlers 150), welche höher ist als die Eingangsspannung VI, die von dem Kondensator C1 geglättet wurde, wird von dem Induktor L1 ausgegeben und ein Ausgangsstrom wird über die Diode D1 ausgegeben. Der Controller 160 bezieht eine gewünschte Ausgangsspannung Vh, indem er eine Einschaltdauer von AN/AUS des Schaltelements SW1 zweckmäßig ändert. Wenn eine Stromkreisunterbrechung in dem Brennstoffzellenrelais 155 stattfindet, das den Brennstoffzellenwandler 150 und den Batteriewandler 180 verbindet, wird elektrischer Strom, dessen Ausgabeziel verschwunden ist, in dem Kondensator C1 in dem Brennstoffzellenwandler 150 gespeichert und schließlich wird eine Überspannung (eine höhere Spannung als eine Nennspannung) in dem Kondensator C1 erzeugt.
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Unter Rückbezug auf 1 ist der Controller 160 ein Computersystem zum Steuern des FCHV-Systems 100 und umfasst beispielsweise eine CPU, einen RAM und einen ROM. Der Controller 160 empfängt Eingangsgrößen verschiedener Signale, die von einer Sensorgruppe 170 geliefert werden (beispielsweise ein Signal, das einen Gaspedalöffnungsgrad angibt, ein Signal, das eine Fahrzeuggeschwindigkeit angibt, und ein Signal, das eine Ausgangsstromstärke oder eine Spannung an der Ausgangsklemme der Brennstoffzelle 110 angibt) und berechnet eine benötigte Leistung für den Verbraucher 130 (das heißt, eine benötigte Leistung für das gesamte System).
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Die benötigte Leistung für den Verbraucher 130 ist beispielsweise eine Summe aus der Fahrzeugfahrleistung und Hilfsmaschinenleistung. Die Hilfsmaschinenleistung umfasst elektrische Leistung, welche in bordinternen Hilfsmaschinen verbraucht wird (wie beispielsweise einem Befeuchter, einem Luftkompressor, einer Wasserstoffpumpe und einer Kühlmittelkreislaufpumpe), elektrische Leistung, die von für das Fahren eines Kraftfahrzeugs benötigten Vorrichtungen verbraucht wird (wie beispielsweise einem Schaltgetriebe, einer Fahrzeugradsteuerung, einer Lenkvorrichtung und einer Aufhängung) und elektrische Leistung, die in Vorrichtungen verbraucht wird, die in einer Fahrgastzelle platziert sind (beispielsweise eine Klimaanlage, ein Beleuchtungsinstrument und Audio).
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Der Controller 160 bestimmt eine Verteilungsrate der Ausgangsleistung der Brennstoffzelle 110 und der Batterie 120 und berechnet einen Stromerzeugungsbefehlswert. Wenn benötigte Leistungen für die Brennstoffzelle 110 und die Batterie 120 berechnet werden, steuert der Controller 160 den Betrieb des Brennstoffzellenwandlers 150 und des Batteriewandlers 180 derart, dass die benötigten Leistungen erhalten werden.
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Der Controller 160 gemäß dieser Ausführungsform hat eine Überspannungsbestimmungsfunktion für die Wandler (den Brennstoffzellenwandler 150 und den Batteriewandler 180). Insbesondere wenn ein Brennstoffzellen-Überspannungserfassungssignal Sovl von der Brennstoffzellen-Überspannungserfassungsschaltung 151 erhalten wird, bestimmt der Controller 160, dass eine Überspannung auf der Ausgangsseite des Brennstoffzellenwandlers 150 erzeugt wird. Wenn ein Batterie-Überspannungserfassungssignal Sov2 von der Batterie-Überspannungserfassungsschaltung 181 empfangen wird, bestimmt der Controller 160, dass eine Überspannung auf der Ausgangsseite des Batteriewandlers 180 erzeugt wird. Wenn ein Spannungswert V1, der von einem Spannungssensor Sv erfasst wird, der auf der Ausgangsseite des Brennstoffzellenwandlers 150 angebracht ist, höher ist als eine vorgegebene Spannungspegelobergrenze Lmax, bestimmt der Controller 160, dass eine Überspannung erzeugt wird. Ein bestimmter Vorgang bei Bestimmung einer Überspannung durch den Controller 160 wird unten mit Bezug auf 3 detailliert beschrieben.
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3 ist ein Flussdiagramm, das einen Überspannungsbestimmungssteuerprozess darstellt, der von dem Controller 160 durchgeführt wird. Wenn eine Überspannung auf der Ausgangsseite des Brennstoffzellenwandlers 150 erfasst wird, gibt die Brennstoffzellen-Überspannungserfassungsschaltung 151 ein Brennstoffzellen-Überspannungserfassungssignal Sovl an den Controller 160 aus. Wenn das Brennstoffzellen-Überspannungserfassungssignal Sovl empfangen wird, bestimmt der Controller 160, dass eine Überspannung auf der Ausgangsseite des Brennstoffzellenwandlers 150 erzeugt wird (Schritt S1) und hält das FCHV-System 100 als Ganzes vorübergehend an (Schritt S2).
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Dann bestimmt der Controller 160 auch, ob eine Überspannung auf der Ausgangsseite des Batteriewandlers 180 erzeugt wird (Schritt S3). Wenn ein Batterie-Überspannungserfassungssignal Sov2 von der Batterie-Überspannungserfassungsschaltung 181 empfangen wird, bestimmt der Controller 160 auch, dass eine Überspannung auf der Ausgangsseite des Batteriewandlers 180 erzeugt wird (JA in Schritt S3). Auf diese Art und Weise bestimmt der Controller 160, wenn auf die gleiche Art von den Überspannungserfassungsschaltungen beider Wandler (das heißt, der Brennstoffzellen-Überspannungserfassungsschaltung 151 und der Batterie-Überspannungserfassungsschaltung 181), die mit dem Wechselrichter 140 verbunden sind, eine Überspannung erfasst wird, dass das Relais (das heißt, das Brennstoffzellenrelais 155), das zwischen der Brennstoffzelle 110 und dem Wechselrichter 140 platziert ist, normal verbunden ist, und hält den angehaltenen Zustand des Betriebs des FCHV-Systems 100 bei, bis die Überspannung freigesetzt wird (Schritt S4).
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Wenn anderseits ein Batterie-Überspannungserfassungssignal Sov2 nicht von der Batterie-Überspannungserfassungsschaltung 181 empfangen wird und bestimmt wird, dass eine Überspannung nicht auf der Ausgangsseite des Batteriewandlers 180 erzeugt wird (NEIN in Schritt S3), veranlasst der Controller 160, dass der Ablauf zu Schritt S5 übergeht. Dann misst der Controller (die Spannungserfassungseinheit) 160 einen Spannungswert V1 auf der Ausgangsseite des Brennstoffzellenwandlers 150 unter Verwendung des Spannungssensors Sv, der auf der Ausgangsseite des Brennstoffzellenwandlers 150 platziert ist. Der Controller 160 bestimmt, ob der Spannungswert V1, der von dem auf der Ausgangsseite des Brennstoffzellenwandlers 150 platzierten Spannungssensor Sv erfasst wird, niedriger ist als eine vorgegebene Spannungspegelobergrenze Lmax (Schritt S6). Wenn der von dem Spannungssensor Sv erfasste Spannungswert V1 niedriger ist als die vorgegebene Spannungspegelobergrenze Lmax (JA in Schritt S6), bestimmt der Controller 160, dass ein bestimmter Fehler (eine Auffälligkeit) in der Überspannungserfassungsschaltung besteht (das heißt, in der Brennstoffzellen-Überspannungserfassungsschaltung 151), die in dem Brennstoffzellenwandler 150 platziert ist, setzt die Brennstoffzellen-Überspannungserfassungsschaltung 151 außer Kraft, führt den Betrieb (einschließlich Fahren des Brennstoffzellenfahrzeugs) des FCHV-Systems 100 kontinuierlich durch (startet ihn neu) (Schritt S7) und beendet das Steuerprogramm für eine Überspannungsbestimmung.
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Andererseits, wenn der Spannungswert V1, der von dem Spannungssensor Sv erfasst wird, höher ist als die Spannungspegelobergrenze Lmax (NEIN in Schritt S6), bestimmt der Controller 160, dass eine Stromkreisunterbrechung (ein Unterbrechungsfehler) in dem Brennstoffzellenrelais 155 auftritt, welches den Brennstoffzellenwandler 150 und den Batteriewandler 180 verbindet, führt den Betrieb des FCHV-System 100 als Ganzes unter alleiniger Verwendung der Batterie 120 als Leistungsquelle kontinuierlich fort (Schritt S8) und beendet das Steuerprogramm für eine Überspannungsbestimmung.
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4 ist ein Diagramm, das eine Typtabelle für eine Überspannungsbestimmung TB 1 darstellt, in der Überspannungsbestimmungsergebnisse des Controllers 160 zusammengestellt sind. Wie in 4 dargestellt, werden bei den Überspannungsbestimmungsergebnissen zwischen drei Typen von Typ1 bis Typ3 unterschieden.
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Typ1 ist ein Fall, in dem eine Überspannung nicht tatsächlich erzeugt wird, aber bestimmt wird, dass eine Überspannung in dem Brennstoffzellenwandler 150 erzeugt wird, weil die Überspannungserfassungsschaltung des Brennstoffzellenwandlers 150 (die Brennstoffzellen-Überspannungserfassungsschaltung 151) einen Fehler aufweist (Schritt S1 → S2 → S3 → S5 → S6 → S7). In diesem Fall, da eine Überspannung nicht tatsächlich erzeugt wird, wird die Überspannungserfassungsschaltung des Brennstoffzellenwandlers 150 außer Kraft gesetzt und der Betrieb des FCHV-Systems 100 als Ganzes wird kontinuierlich durchgeführt.
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Typ2 ist ein Fall, in dem eine Überspannung aufgrund einer Stromkreisunterbrechung des Relais (des Brennstoffzellenrelais 155), das die beiden Wandler verbindet, tatsächlich erzeugt wird und es wird bestimmt, dass eine Überspannung in dem Brennstoffzellenwandler 150 erzeugt wird (Schritt S1 → S2 → S3 → S5 → S6 → S8). In diesem Fall, da tatsächlich eine Überspannung in dem Brennstoffzellenwandler 150 erzeugt wird aber keine Auffälligkeit in der Stromleitung B der Batterie 120 vorhanden ist, wird der Betrieb des FCHV-Systems 100 als Ganzes allein unter Verwendung der Batterie 120 als Leistungsquelle kontinuierlich durchgeführt.
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Typ3 ist ein Fall, bei dem ein Fehler in dem Relais (dem Brennstoffzellenrelais 155), das die beiden Wandler verbindet, nicht bestätigt wird, aber die Erzeugung einer Überspannung durch die Überspannungserfassungsschaltungen (die Brennstoffzellen-Überspannungserfassungsschaltung 151 und der Batterie-Überspannungserfassungsschaltung 181) beider Wandler erkannt wird (Schritt S1 → S2 → S3 → S4). In diesem Fall, da eine Überspannung in dem Brennstoffzellenwandler 150 und dem Batteriewandler 180 nicht tatsächlich erzeugt wird, wird der angehaltene Zustand des Betriebs des FCHV-Systems 100 gehalten, bis die Überspannung freigesetzt wird.
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Wie oben beschrieben, ist es gemäß dieser Ausführungsform, wenn eine Überspannung in einem der Wandler (in dem obigen Beispiel dem Brennstoffzellenwandler 150) erzeugt wird und eine Überspannung nicht in dem anderen Wandler (in dem obigen Beispiel dem Batteriewandler 180) erzeugt wird, möglich, dem gesamten System einen kontinuierlichen Betrieb zu erlauben (siehe Typ1 und Typ2 in 4). Dementsprechend ist es, verglichen mit einem Fall im Stand der Technik, in dem ein Wandler ebenfalls seinen Betrieb anhalten muss, wenn eine Auffälligkeit in dem anderen Wandler (Auftreten einer Überspannung oder dergleichen) erkannt wird, möglich, das System effizienter zu betreiben.
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Wenn eine Überspannung in einem Wandler (in dem obigen Beispiel in dem Brennstoffzellenwandler 150) erzeugt wird und eine Überspannung nicht in dem anderen Wandler (in dem obigen Beispiel in dem Batteriewandler 180) erzeugt wird, ist es möglich, zu bestimmen, ob der Grund für das Auftreten der Überspannung eine Stromkreisunterbrechung des Relais ist (in dem obigen Beispiel des Brennstoffzellenrelais 155), das beide Wandler verbindet, oder ein Defekt der Überspannungserfassungsschaltung (in dem obigen Beispiel der Brennstoffzellen-Überspannungserfassungsschaltung 151) eines Wandlers und eine dem Fehler angemessene Systemsteuerung durchzuführen.
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In der Ausführungsform wird ein Muster verwendet, bei dem ein Wandler der Brennstoffzellenwandler 150 ist und der andere Wandler der Batteriewandler 180 ist, aber es kann auch ein umgekehrtes Muster verwendet werden. Das heißt, ein Muster, bei dem ein Wandler der Batteriewandler 180 ist und der andere Wandler der Brennstoffzellenwandler 150 ist, kann verwendet werden. Bei der Ausführungsform wird eine in dem Brennstoffzellenwandler 150 erzeugte Überspannung zuerst erfasst, allerdings gilt Gleiches wenn eine in dem Batteriewandler 180 erzeugte Überspannung zuerst erfasst wird. Die Erfindung kann auf verschiedene Systeme, die zwei oder mehr Wandler umfassen, angewendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014/013606 [0004, 0005]
