DE102018103754A1 - Brennstoffzellensteuerungsvorrichtung, Steuerungsverfahren derselben und Brennstoffzellenfahrzeug - Google Patents

Brennstoffzellensteuerungsvorrichtung, Steuerungsverfahren derselben und Brennstoffzellenfahrzeug Download PDF

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Takao Watanabe
Junichi Matsuo
Shinji Aso
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Toyota Motor Corp
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Abstract

Unter einer Bedingung, dass ein Befehl zum Stoppen eines Brennstoffzellensystems (100) empfangen wird und ein Ladezustand einer Sekundärbatterie (12) kleiner oder gleich einer Schwelle ist, die einem Wert entspricht, der durch Addieren eines ersten vorbestimmten Werts zu einer Untergrenze erhalten wird, bei welcher elektrische Leistung, die zum Stoppen und Starten des Brennstoffzellensystems (100) erforderlich ist, zugeführt wird, wird ein erzwungenes Laden der Sekundärbatterie (12) durch eine Brennstoffzelle durchgeführt, bis der Ladezustand die Schwelle erreicht. Nachdem das erzwungene Laden durchgeführt ist, stellt die Steuerungsvorrichtung (11) in einem Fall, in welchem der Befehl zum Stoppen des Brennstoffzellensystems (100) innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer empfangen wird, die Schwelle auf einen Wert ein, der durch Addieren eines zweiten vorbestimmten Werts, der niedriger als der erste vorbestimmte Wert ist, zu der Untergrenze unter der Bedingung erhalten wird.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellensteuerungsvorrichtung, ein Steuerungsverfahren einer Brennstoffzellensteuerungsvorrichtung und ein Brennstoffzellenfahrzeug.
  • Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
  • Brennstoffzellenfahrzeuge, die mit einem Brennstoffzellensystem unter Verwendung einer Brennstoffzelle und einer Sekundärbatterie als eine Leistungsquelle ausgerüstet sind, haben Aufmerksamkeit erlangt. Die von dem Brennstoffzellensystem zugeführte elektrische Leistung wird zu elektrischen Lasten bzw. Verbrauchern einschließlich eines Motors zum Fahren und Hilfsmaschinen (beispielsweise einem Kühlerlüfter, einer Kühlmittelpumpe und einem elektrischen Licht) geführt.
  • Die Sekundärbatterie in dem Brennstoffzellensystem speichert elektrische Leistung, die durch die Brennstoffzelle erzeugt wird. Die elektrische Leistung, mit welcher die Sekundärbatterie geladen wird, wird beispielsweise als elektrische Leistung zum Neustarten des Systems verwendet, nachdem das Brennstoffzellensystem gestoppt wird. Daher muss die Sekundärbatterie mit der durch die Brennstoffzelle erzeugten elektrischen Leistung geladen werden, wenn der Ladezustand (SOC) der Sekundärbatterie unter dem Betrag liegt, der für das nächste Starten des Systems notwendig ist, zu der Zeit, wenn das Brennstoffzellensystem gestoppt ist.
  • Die Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2007-165055 ( JP 2007-165055 A ) offenbart, dass ein Laden durchgeführt wird, um einen notwendigen Ladezustand einer Sekundärbatterie für das nächste Starten des Systems sicherzustellen, während ein Brennstoffzellensystem gestoppt ist.
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Es können jedoch Fälle vorliegen, in welchen das Laden, welches durchgeführt wird, während das Brennstoffzellensystem gestoppt ist, eine lange Zeit in Anspruch nimmt, um den notwendigen Ladezustand für das nächste Starten sicherzustellen. Zusätzlich ist die Ladezeit der Sekundärbatterie in einem Fall, in welchem ein Starten und Stoppen des Brennstoffzellensystems aufgrund einer wiederholten Fahrt einer kurzen Strecke in einer kurzen Zeit wiederholt werden, während der Fahrt für den elektrischen Leistungsverbrauch verkürzt. Folglich liegt der Ladezustand der Sekundärbatterie, während das Brennstoffzellensystem gestoppt ist, in vielen Fällen unter einem notwendigen Wert für das nächste Starten. Daher nimmt das Laden in vielen Fällen eine lange Zeit in Anspruch, um den Ladezustand der Sekundärbatterie sicherzustellen, wenn das Starten und Stoppen des Brennstoffzellensystems wiederholt werden.
  • Die Erfindung stellt eine Technologie zum Verkürzen der Ladezeit einer Sekundärbatterie eines Brennstoffzellensystems in einem Fall bereit, in welchem ein Starten und Stoppen des Brennstoffzellensystems wiederholt werden.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Brennstoffzellensteuerungsvorrichtung mit: einem Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle und einer Sekundärbatterie; und einer Steuerungsvorrichtung, welche derart konfiguriert ist, dass diese das Brennstoffzellensystem steuert. Die Steuerungsvorrichtung bestimmt, ob ein Ladezustand der Sekundärbatterie kleiner oder gleich einer Schwelle ist, die einem Wert entspricht, der durch Addieren eines ersten vorbestimmten Werts zu einer Untergrenze erhalten wird, bei welcher elektrische Leistung zugeführt wird, die zum Stoppen und Starten des Brennstoffzellensystems erforderlich ist. In einem Fall, in welchem die Steuerungsvorrichtung einen Befehl empfängt, um das Brennstoffzellensystem zu stoppen, und bestimmt, dass der Ladezustand der Sekundärbatterie kleiner oder gleich der Schwelle ist, steuert die Steuerungsvorrichtung das Brennstoffzellensystem, um ein erzwungenes Laden der Sekundärbatterie durch die Brennstoffzelle durchzuführen, bis der Ladezustand die Schwelle erreicht. Darüber hinaus stoppt die Steuerungsvorrichtung das Brennstoffzellensystem, nachdem das erzwungene Laden durchgeführt ist. Die Steuerungsvorrichtung stellt die Schwelle in einem Fall, in welchem (i) das Brennstoffzellensystem basierend auf einer Anforderung zum Starten des Brennstoffzellensystems in einer vorbestimmten Zeitdauer gestartet wird und (ii) die Steuerungsvorrichtung den Befehl zum Stoppen des Brennstoffzellensystems innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer empfängt, nachdem das Brennstoffzellensystem gestoppt ist, auf einen Wert ein, der durch Addieren eines zweiten vorbestimmten Werts, der niedriger bzw. kleiner als der erste vorbestimmte Wert ist, zu der Untergrenze erhalten wird.
  • Bei der Brennstoffzellensteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann die Steuerungsvorrichtung die Schwelle basierend auf einer Temperatur der Sekundärbatterie einstellen.
  • Bei der Brennstoffzellensteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann die Steuerungsvorrichtung in einem Fall, in welchem ein zweites erzwungenes Laden innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer durchgeführt wird, nachdem das erste erzwungene Laden durchgeführt ist, eine Zeit zum Durchführen des zweiten erzwungenen Ladens länger einstellen als eine Zeit zum Durchführen des ersten erzwungenen Ladens.
  • Bei der Brennstoffzellensteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann eine Zeit zum Durchführen des erzwungenen Ladens basierend auf der Temperatur der Sekundärbatterie eingestellt sein.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenfahrzeug mit der Brennstoffzellensteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren einer Brennstoffzellensteuerungsvorrichtung mit einem Brennstoffzellensystem, welches eine Brennstoffzelle und eine Sekundärbatterie besitzt, und einer Steuerungsvorrichtung, welche derart konfiguriert ist, dass diese das Brennstoffzellensystem steuert. Das Steuerungsverfahren umfasst die Schritte: Durchführen eines erzwungenen Ladens der Sekundärbatterie durch die Brennstoffzelle unter einer Bedingung, dass (i) eine Anweisung zum Stoppen des Brennstoffzellensystems empfangen wird und (ii) ein Ladezustand der Sekundärbatterie kleiner oder gleich einer Schwelle ist, die einem Wert entspricht, der durch Addieren eines ersten vorbestimmten Werts zu einer Untergrenze erhalten wird, bei welcher elektrische Leistung, die zum Stoppen und Starten des Brennstoffzellensystems erforderlich ist, zugeführt wird, bis der Ladezustand die Schwelle erreicht; Stoppen des Brennstoffzellensystems, nachdem das erzwungene Laden durchgeführt ist; und Einstellen der Schwelle auf einen Wert, welcher durch Addieren eines zweiten vorbestimmten Werts, der niedriger bzw. kleiner als der erste vorbestimmte Wert ist, zu der Untergrenze erhalten wird, nachdem das Brennstoffzellensystem gestoppt ist, in einem Fall, in welchem (i) das Brennstoffzellensystem basierend auf einer Anforderung zum Starten des Brennstoffzellensystems gestartet wird und (ii) ein Befehl zum Stoppen des Brennstoffzellensystems innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer ausgegeben wird.
  • Gemäß den Aspekten der Erfindung ist es möglich, eine Technologie zum Verkürzen der Ladezeit der Sekundärbatterie des Brennstoffzellensystems in einem Fall bereitzustellen, in welchem ein Starten und Stoppen des Brennstoffzellensystems wiederholt werden.
  • Figurenliste
  • Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und worin:
    • 1 eine Ansicht ist, welche eine schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausfiihrungsform darstellt;
    • 2 ein Flussdiagramm ist, welches eine Steuerung zum Laden und Entladen einer Sekundärbatterie in dem Brennstoffzellensystem gemäß der Ausführungsform zeigt;
    • 3 ein Diagramm ist, welches ein Beispiel eines Verfahrens zum Einstellen einer für die Steuerung zum Laden und Entladen der Sekundärbatterie in dem Brennstoffzellensystem gemäß der Ausführungsform verwendeten Schwelle zeigt;
    • 4 ein Diagramm ist, welches die Steuerung zum Laden und Entladen der Sekundärbatterie in dem Brennstoffzellensystem gemäß der Ausführungsform zeigt; und
    • 5 ein Flussdiagramm ist, welches die Steuerung zum Laden und Entladen der Sekundärbatterie in dem Brennstoffzellensystem gemäß der Ausführungsform zeigt.
  • Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Abbildungen detailliert beschrieben. Der Schutzumfang der Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Konfiguration des Brennstoffzellensystems
  • Ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug auf 1 beschrieben. Ein Brennstoffzellensystem 100 umfasst eine Sekundärbatterie 12, einen Aufwärtswandler bzw. Hochsetzsteller 13, eine Brennstoffzelle 14, einen Aufwärtswandler 15, einen Wechselrichter 16, einen Motor 17, eine Hilfsmaschine 18 und einen Geschwindigkeitssensor S als eine Hauptkonfiguration. Eine Steuerungsvorrichtung 11 steuert das Brennstoffzellensystem 100. Eine Brennstoffzellensteuerungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform ist durch die Steuerungsvorrichtung 11 und das Brennstoffzellensystem 100 aufgebaut.
  • Das Brennstoffzellensystem 100 ist in einem Fahrzeug (sich bewegenden Körper), wie einem Brennstoffzellenfahrzeug (FCV), montiert. 1 zeigt lediglich die bei dem Brennstoffzellensystem 100 vorgesehene Hauptkonfiguration, und das Brennstoffzellensystem 100 kann eine andere Konfiguration umfassen, die in einem beliebigen Brennstoffzellensystem umfasst ist, das in einem sich bewegenden Körper montiert ist. Das Brennstoffzellensystem 100 kann alternativ nicht in einem sich bewegenden Körper montiert sein und dieses kann beispielsweise in einer Einrichtung installiert sein, welche elektrische Leistung benötigt, wie einem herkömmlichen Haus.
  • Die Sekundärbatterie 12 entspricht einer Leistungsspeichereinheit, welche geladen und entladen werden kann. Die Sekundärbatterie 12 ist beispielsweise als eine Lithiumionen-Batterie konfiguriert. Die Sekundärbatterie 12 ist in den Entladungspfad der Brennstoffzelle 14 eingefügt und parallel zu der Brennstoffzelle 14 mit dem Wechselrichter 16 verbunden Die Sekundärbatterie 12 gibt elektrische Leistung, welche durch Subtrahieren eines voreingestellten Zielausgangs der Brennstoffzelle von einer elektrischen Leistung, die für elektrische Verbraucher einschließlich des Motors 17 und der Hilfsmaschine 18 notwendig ist, erhalten wird, als elektrische Antriebsleistung bzw. -strom der elektrischen Verbraucher aus. Das heißt, die Sekundärbatterie 12 führt die elektrische Antriebsleistung zu dem Motor 17 und der Hilfsmaschine 18. Darüber hinaus führt die Sekundärbatterie 12 elektrische Leistung, welche zum Starten und Stoppen des Brennstoffzellensystems 100 erforderlich ist, zu. Zusätzlich speichert die Sekundärbatterie 12 elektrische Leistung, welche durch eine Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 14 erhalten wird, und elektrische Leistung, welche durch eine Wiedergewinnung von dem Motor 17 erhalten wird.
  • Die Sekundärbatterie 12 umfasst einen Temperatursensor T und einen Stromsensor IB. Der Temperatursensor T entspricht einem Sensor, welcher die Temperatur der Sekundärbatterie 12 misst und das Messergebnis ausgibt. Der Stromsensor IB entspricht einem Sensor, welcher den Entladungsstrom der Sekundärbatterie 12 misst.
  • Der Aufwärtswandler 13 entspricht einem DC (Gleichstrom)-Spannungswandler, der zwischen der Sekundärbatterie 12 und dem Wechselrichter 16 vorgesehen ist. Der Aufwärtswandler 13 ist beispielsweise unter Verwendung eines intelligenten Leistungsmoduls (IPM) konfiguriert. Der Aufwärtswandler 13 erhöht die DC-Spannung der von der Sekundärbatterie 12 zugeführten elektrischen Leistung und gibt die DC-Spannung der elektrischen Leistung zu dem Wechselrichter 16 aus.
  • Die Brennstoffzelle 14 ist so konfiguriert, dass diese einen Zellenstapel vom Festpolymer-Elektrolyttyp umfasst, der durch Stapeln einer Mehrzahl von Zellen (eine einzelne Batterie (Leistungsgenerator) mit einer Anode, einer Kathode und einem Elektrolyten) in Reihe gebildet wird. Bei einem normalen Leistungserzeugungsbetrieb durch die Brennstoffzelle 14 tritt bei der Anode eine Oxidationsreaktion gemäß Gleichung (1) auf und bei der Kathode tritt eine Reduktionsreaktion gemäß Gleichung (2) auf. In der gesamten Brennstoffzelle 14 tritt eine Leistungserzeugungsreaktion gemäß Gleichung (3) auf und dadurch wird elektrische Leistung erzeugt. H2 → 2H+ + 2e- (1) (1/2)O2 + 2H+ + 2e- → H2O (2) H2 + (1/2)O2 → H2O (3)
  • Der Aufwärtswandler 15 entspricht einem DC-Spannungswandler, der zwischen der Brennstoffzelle 14 und dem Wechselrichter 16 vorgesehen ist. Der Aufwärtswandler 15 erhöht die DC-Spannung der von der Brennstoffzelle 14 zugeführten elektrischen Leistung und gibt die DC-Spannung der elektrischen Leistung zu dem Wechselrichter 16 aus. Der Aufwärtswandler 15 ist beispielsweise als ein IPM konfiguriert.
  • Der Wechselrichter 16 entspricht einem zwischen den Aufwärtswandlern 13, 15 und dem Motor 17 vorgesehenen Wechselrichter. Der Wechselrichter 16 wandelt die von der Brennstoffzelle 14 oder der Sekundärbatterie 12 zugeführte elektrische Gleichstromleistung in eine elektrische Dreiphasen-Wechselstromleistung um und führt die elektrische Dreiphasen-Wechselstromleistung hin zu dem Motor 17. Der Wechselrichter 16 ist beispielsweise als ein IPM konfiguriert.
  • Der Motor 17 entspricht einem Antriebsmotor, welcher eine Antriebskraft zum Antreiben von Rädern und dergleichen eines sich bewegenden Körpers erzeugt, in welchem das Brennstoffzellensystem 100 montiert ist. Der Motor 17 verwendet elektrische Leistung, die von der Brennstoffzelle 14 oder der Sekundärbatterie 12 über den Wechselrichter 16 als elektrische Antriebsleistung zugeführt wird. Darüber hinaus gewinnt der Motor 17 die kinetische Energie des sich bewegenden Körpers, in welchem das Brennstoffzellensystem 100 montiert ist, als elektrische Energie (beispielsweise gemäß der Rotation des Motors 17) zurück. Die Sekundärbatterie 12 wird mit der durch die Wiedergewinnung erzeugten elektrischen Leistung geladen.
  • Die Hilfsmaschine 18 entspricht einer Hilfsmaschinengruppe einschließlich Hilfsmaschinen, die für die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 14 verwendet werden. Die Hilfsmaschine 18 umfasst beispielsweise eine Wasserstoffpumpe und eine Kühlmittelpumpe einer Brennstoffzelle. Die Hilfsmaschine 18 verwendet die von der Sekundärbatterie 12 zugeführte elektrische Leistung als elektrische Antriebsleistung.
  • Der Geschwindigkeitssensor S entspricht einem Sensor, welcher einen Messwert der Bewegungsgeschwindigkeit des sich bewegenden Körpers, in welchem das Brennstoffzellensystem 100 montiert ist, erlangt. Die Bewegungsgeschwindigkeit wird beispielsweise basierend auf der Drehzahl des Motors 17 berechnet.
  • Die Steuerungsvorrichtung 11 ist als ein Computer mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), einem Nurlesespeicher (ROM) und einem Direktzugriffsspeicher (RAM) konfiguriert. Die Steuerungsvorrichtung 11 steuert die Verarbeitung und den Betrieb jeder in dem Brennstoffzellensystem 100 vorgesehenen Konfiguration basierend auf einem Signal, welches von einer anderen Konfiguration eingegeben wird, einem in einer Speichereinheit, wie einem RAM, gespeicherten Programm und dergleichen und führt verschiedene Vorgänge durch, die für die Steuerung notwendig sind.
  • Beispielsweise wenn die Steuerungsvorrichtung 11 einen Befehl empfängt, das Brennstoffzellensystem 100 zu stoppen, bestimmt die Steuerungsvorrichtung 11, ob der Ladezustand (SOC) der Sekundärbatterie 12 niedriger bzw. kleiner oder gleich einer Schwelle ist (ein Einstellungsverfahren der Schwelle wird später detailliert beschrieben), die auf einen Betrag eingestellt ist, der höher ist als ein Ladezustand, welcher zum Zuführen von elektrischer Leistung notwendig ist, welche für den Stoppbetrieb des Brennstoffzellensystems 100 und den nächsten Startbetrieb des Brennstoffzellensystems 100 notwendig ist. In einem Fall, in welchem der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 kleiner oder gleich der Schwelle ist, bewirkt die Steuerungsvorrichtung 11, dass die Brennstoffzelle 14 die Leistungserzeugung vor dem Stoppen des Brennstoffzellensystems 100 fortsetzt, und lädt die Sekundärbatterie 12 mit der erzeugten elektrischen Leistung. Insbesondere in einem Zustand sehr niedriger Temperatur (beispielsweise ein Zustand bei 0 °C oder darunter) werden Vorgänge einschließlich eines Endprozesses, eines Parkspülens (PPG) und eines Startens der Brennstoffzelle 14 unter dem Gefrierpunkt durchgeführt, welche als drei Vorgänge unter dem Gefrierpunkt bezeichnet sind. Daher wird die Sekundärbatterie 12 geladen, um den Ladezustand sicherzustellen, bei welchem die elektrische Leistung zugeführt werden kann, welche zumindest für die vorstehend erwähnten Vorgänge notwendig ist. Details eines Steuerungsprozesses durch die Steuerungsvorrichtung 11 zu der Zeit, wenn das Brennstoffzellensystem 100 gestoppt ist, werden später beschrieben.
  • Hier entspricht der Endprozess der Brennstoffzelle 14 einem Prozess zum Abführen von Wasser von dem Stapel der Brennstoffzelle 14 durch einen Luftkompressor. Das Parkspülen entspricht einem Prozess zum Spülen von Feuchtigkeit in dem Stapel der Brennstoffzelle 14, welcher durchgeführt wird, unmittelbar bevor die Temperatur 0 °C oder eine niedrigere Temperatur erreicht, nachdem der Betrieb der Brennstoffzelle 14 gestoppt ist. Das Starten unter dem Gefrierpunkt entspricht einem Vorgang zum Starten des Brennstoffzellensystems 100 bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt.
  • Steuerungsablauf zum Stoppen und Starten des Brennstoffzellensystems
  • Mit Bezug auf 2 bis 4 wird ein Beispiel einer Steuerung zum Stoppen und Starten des Brennstoffzellensystems 100 beschrieben. Zunächst wird mit Bezug auf 2 ein Ablauf des Steuerungsprozesses in einem Zustand extrem niedriger Temperatur (das heißt, einer Situation, in welcher die vorstehend erwähnten drei Vorgänge unter dem Gefrierpunkt durchgeführt werden) beschrieben. Der vorstehend erwähnte Steuerungsprozesses wird unter der Steuerung der Steuerungsvorrichtung 11 durchgeführt.
  • Bei dem in 2 gezeigten Prozess bestimmt die Steuerungsvorrichtung 11 zunächst, wenn eine Zündungs-Aus-Betätigung durchgeführt wird, welche einem Befehl zum Stoppen des Fahrzeuges entspricht (wenn der Befehl zum Stoppen (eine Anweisung zum Stoppen) des Brennstoffzellensystems 100 empfangen wird (Schritt S11)), ob der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 kleiner oder gleich einer voreingestellten Schwelle (SOC-Schwelle) ist (Schritt S12). In einem Fall, in welchem der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 kleiner oder gleich der SOC-Schwelle ist (Ja bei Schritt S12), schreitet der Prozess zu Schritt S13 voran. In einem Fall, in welchem der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 höher als die SOC-Schwelle ist (Nein bei Schritt S12), schreitet der Prozess zu Schritt S14 voran.
  • Die SOC-Schwelle ist auf einen Wert eingestellt, der durch Addieren eines vorbestimmten Werts (Ladezustands-Additionswert: δSOC) zu dem Ladezustand (SOC-Untergrenze), welcher zum Zuführen der elektrischen Leistung erforderlich ist, die für den Stoppvorgang des Brennstoffzellensystems 100 und den nachfolgenden Startvorgang des Brennstoffzellensystems 100 notwendig ist, erhalten wird. Der Ladezustands-Additionswert ist auf einen Wert gemäß der Anzahl eingestellt, mit welcher ein erzwungenes Laden der Sekundärbatterie 12 bei Schritt S13, was später beschrieben wird, aufgrund eines Fahrens einer kurzen Strecke mit einer kurzen Fahrzeugfahrstrecke in einer vorbestimmten Zeitdauer kontinuierlich durchgeführt wird (oder der Anzahl, mit welcher ein erzwungenes Laden kontinuierlich durchgeführt wird, dessen Ausführungsintervall in einer vorbestimmten Zeitdauer liegt). Insbesondere wenn die Anzahl, mit welcher ein Fahren kontinuierlich durchgeführt wird, zunimmt, kann der Ladezustands-Additionswert auf einen niedrigeren Wert eingestellt sein. Zusätzlich kann der Ladezustands-Additionswert auf einen Wert gemäß der Temperatur der Sekundärbatterie 12 eingestellt sein, welche durch den Temperatursensor T der Sekundärbatterie 12 erlangt wird. Der Ladezustands-Additionswert kann beispielsweise auf einen höheren Wert eingestellt sein, wenn die Temperatur der Sekundärbatterie 12 abnimmt.
  • Das Diagramm von 3 zeigt die SOC-Schwelle konzeptionell, welche gemäß dem Ladezustands-Additionswert bestimmt ist. In 3 ist die SOC-Schwelle zu der Zeit, wenn das erzwungene Laden der Sekundärbatterie 12 das zweite Mal kontinuierlich durchgeführt wird, niedriger eingestellt als die SOC-Schwelle zu der Zeit, wenn das erzwungene Laden der Sekundärbatterie 12 zum ersten Mal durchgeführt wird, und die SOC-Schwelle zu der Zeit, wenn das erzwungene Laden der Sekundärbatterie 12 das dritte Mal kontinuierlich durchgeführt wird, ist noch niedriger eingestellt. Zusätzlich ist gezeigt, dass die SOC-Schwelle höher eingestellt ist, wenn die Temperatur der Sekundärbatterie 12 abnimmt.
  • Zurück zu der Beschreibung von 2 betätigt die Steuerungsvorrichtung 11 bei Schritt S13 die Brennstoffzelle 14, um Leistung zu erzeugen, und diese steuert die Sekundärbatterie 12, um geladen zu werden (erzwungen geladen zu werden). Das Laden der Sekundärbatterie 12 bei Schritt S13 wird durchgeführt, bis der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 die SOC-Schwelle überschreitet (Nein bei Schritt S12). Daher wird, wenn die in 3 gezeigte SOC-Schwelle zunimmt, das Laden für eine längere Zeit durchgeführt, und wenn die SOC-Schwelle abnimmt, wird das Laden für eine kürzere Zeit durchgeführt.
  • Nachdem der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 die SOC-Schwelle überschreitet (Nein bei Schritt S12), führt die Steuerungsvorrichtung 11 einen Prozess zum Abführen von Wasser von dem Stapel der Brennstoffzelle 14 durch den Luftkompressor als den Endprozess der Brennstoffzelle 14 durch (Schritt S14), stoppt den Betrieb der Brennstoffzelle 14 (Schritt S15) und führt das Parkspülen durch (Schritt S16).
  • Danach, wenn die Steuerungsvorrichtung 11 eine Anforderung zum Starten des Brennstoffzellensystems 100 empfängt, führt die Steuerungsvorrichtung 11 den Vorgang zum Starten des Brennstoffzellensystems 100 bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt durch (Schritt S17). Danach fährt das mit dem Brennstoffzellensystem 100 vorgesehene Fahrzeug durch die von dem Brennstoffzellensystem 100 zugeführte elektrische Leistung (Schritt S18) und der Prozess kehrt zu Schritt S11 zurück.
  • 4 ist ein Diagramm, welches eine Zeitreihenveränderung des Ladezustands der Sekundärbatterie 12 zeigt, wenn ein Stoppen und Starten des Brennstoffzellensystems 100 innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer durch die Steuerungsvorrichtung 11 gemäß der in 2 gezeigten Steuerung in einem Fall, in welchem ein Fahren einer kurzen Strecke in einem Zustand extrem niedriger Temperatur wiederholt wird, wiederholend durchgeführt werden. Die SOC-Untergrenze entspricht der Untergrenze des Ladezustands der Sekundärbatterie 12, welcher die elektrische Leistung zuführen kann, welche zum Stoppen und Starten des Brennstoffzellensystems 100 erforderlich ist. Die SOC-Schwellen 1 bis 3 entsprechen Werten, welche durch Addieren unterschiedlicher Ladezustands-Additionswerte zu der SOC-Untergrenze erhalten werden.
  • Unter Bezugnahme auf 4 werden zu einer Zeit t1, wenn die Zündungs-Aus-Betätigung durchgeführt wird, welche dem Befehl zum Stoppen des Fahrzeugs entspricht, (wenn der Befehl zum Stoppen des Brennstoffzellensystems 100 empfangen wird), der Stoppbetrieb des Brennstoffzellensystems 100 und dergleichen (S14 bis S16) durch die Steuerungsvorrichtung 11 durchgeführt, da der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 zu der Zeit t1 höher als die SOC-Schwelle 1 (SOC-Untergrenze + δSOC1) ist. Elektrische Leistung wird durch den Stoppbetrieb des Brennstoffzellensystems 100 und dergleichen verbraucht und der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 nimmt ab. Danach, wenn die Steuerungsvorrichtung 11 den Befehl zum Starten des Brennstoffzellensystems 100 empfängt, wird der Vorgang zum Starten des Brennstoffzellensystems 100 bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt (S17) durchgeführt und das Fahrzeug startet die Fahrt (S18). Zu einer Zeit t2, zu welcher die Fahrt der kurzen Strecke endet und der Befehl zum Stoppen des Brennstoffzellensystems 100 angewiesen wird (S11), bestimmt die Steuerungsvorrichtung 11, dass der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 kleiner oder gleich der SOC-Schwelle 1 ist (S12). Wie in 4 gezeigt ist, wird ein erzwungenes Laden der Sekundärbatterie 12 durch das Brennstoffzellensystem 100 durchgeführt (S13), da der SOC zu der Zeit t2 kleiner oder gleich der SOC-Schwelle 1 ist. Danach, wenn der Ladezustand auf die SOC-Schwelle 1 ansteigt (Zeit t3), stoppt die Steuerungsvorrichtung 11 das Brennstoffzellensystem 100 (S14 bis S16), da sich das Brennstoffzellensystem 100 unter dem Befehl befindet, das Brennstoffzellensystem 100 zu stoppen. Der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 wird durch den Stoppvorgang der Brennstoffzelle 14 verringert.
  • Danach, wenn das Fahrzeug eine kurze Strecke innerhalb einer kurzen Fahrzeit zwischen der Zeit t3 und einer Zeit t4 fährt, wird die elektrische Leistung der Sekundärbatterie 12 durch die drei Vorgänge unter dem Gefrierpunkt und das Fahren des Fahrzeugs verwendet und der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 nimmt weiter ab. Wenn das Fahren der kurzen Strecke endet und die Zündungs-Aus-Betätigung zu der Zeit t4 erneut durchgeführt wird, welche dem Befehl zum Stoppen des Fahrzeugs entspricht, (wenn der Befehl zum Stoppen des Brennstoffzellensystems 100 (S11) empfangen wird), wird eine Leistungserzeugung des Brennstoffzellensystems 100 kontinuierlich durchgeführt und das erzwungene Laden wird durchgeführt (S13), da der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 zu dieser Zeit kleiner oder gleich der SOC-Schwelle 2 ist (die SOC-Schwelle, welche einer Schwelle entspricht, die eingestellt wird, wenn ein erzwungenes Laden in einer kurzen Zeit kontinuierlich durchgeführt wird, und welche auf einen niedrigeren Wert als die für die vorhergehende Bestimmung verwendete SOC-Schwelle 1 eingestellt ist: SOC-Untergrenze + δSOC2). Danach, wenn der Ladezustand auf die SOC-Schwelle 2 ansteigt (Zeit t5), endet das erzwungene Laden (Zeit t5), der Stoppbetrieb der Brennstoffzelle 14 und dergleichen (S14 bis S16) werden durchgeführt und der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 nimmt ab.
  • Nachdem das Fahren der kurzen Strecke endet, wird das erzwungene Laden durchgeführt, wenn die Zündungs-Aus-Betätigung, die dem Befehl zum Stoppen des Fahrzeugs entspricht, zu einer Zeit t6 erneut durchgeführt wird (wenn der Befehl zum Stoppen der Brennstoffzelle 14 empfangen wird), da der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 zu dieser Zeit kleiner oder gleich der SOC-Schwelle 3 ist (die SOC-Schwelle, welche einer Schwelle entspricht, die eingestellt wird, wenn das erzwungene Laden in einer kurzen Zeit kontinuierlich durchgeführt wird, und welche auf einen niedrigeren Wert als die für die vorhergehende Bestimmung verwendete SOC-Schwelle 2 eingestellt ist: SOC-Untergrenze + δSOC3). Danach, wenn der Ladezustand auf die SOC-Schwelle 3 ansteigt (Zeit t7), wird der Stoppbetrieb der Brennstoffzelle 14 oder dergleichen durchgeführt und der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 nimmt ab.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, führt die Steuerungsvorrichtung 11 gemäß der Ausführungsform unter der Bedingung, dass die Steuerungsvorrichtung 11 die Anweisung zum Stoppen des Brennstoffzellensystems 100 empfängt und der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 kleiner oder gleich der SOC-Schwelle 1 ist, das erzwungene Laden der Sekundärbatterie 12 durch die Brennstoffzelle 14 durch, bis der Ladezustand die SOC-Schwelle 1 erreicht. Danach, wenn das Fahrzeug eine kurze Strecke innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer fährt und dann die Anweisung zum Stoppen des Brennstoffzellensystems 100 empfangen wird, bewirkt die Steuerungsvorrichtung 11, dass das Brennstoffzellensystem 100 das erzwungene Laden der Sekundärbatterie 12 durchführt, bis der Ladezustand die SOC-Schwelle 2 erreicht, unter der Bedingung, dass der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 kleiner oder gleich der SOC-Schwelle 2 ist. Wie in 4 gezeigt ist, ist der Ladezustands-Additionswert, welcher zu der SOC-Untergrenze für die SOC-Schwelle 2 addiert wird, niedriger bzw. kleiner als der Ladezustands-Additionswert, welcher zu der SOC-Untergrenze für die SOC-Schwelle 1 addiert wird. Daher ist die SOC-Schwelle 2 auf einen niedrigeren Wert als die SOC-Schwelle 1 eingestellt.
  • Das heißt, nachdem ein erstes erzwungenes Laden durchgeführt wird, bis der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 die SOC-Schwelle 1 erreicht, steuert die Steuerungsvorrichtung 11 in einem Fall, in welchem ein zweites erzwungenes Laden in einer vorbestimmten Zeitdauer durchgeführt wird, das zweite erzwungene Laden, um durchgeführt zu werden, bis der Ladezustand der Sekundärbatterie 12 die SOC-Schwelle 2 erreicht, die niedriger als die SOC-Schwelle 1 ist. Folglich kann das zweite erzwungene Laden im Vergleich zu einem Fall, in welchem das Laden kontinuierlich durchgeführt wird, bis der Ladezustand die SOC-Schwelle 1 erreicht, innerhalb einer kürzeren Zeit abgeschlossen werden. Die Ladezeit der Sekundärbatterie 12 der Brennstoffzelle 14 kann in einem Fall verkürzt werden, in welchem ein Starten und Stoppen der Brennstoffzelle 14 wiederholt werden.
  • Bei der Ausführungsform ist die SOC-Schwelle in einem Fall, in welchem ein Starten und Stoppen des Brennstoffzellensystems 100 innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer wiederholt werden, derart eingestellt, dass die Zeit zum Durchführen des erzwungenen Ladens allmählich zunimmt. Das heißt, wie in 4 gezeigt ist, ist der Wert der Abnahme der SOC-Schwelle in einer solchen Art und Weise, dass die Differenz zwischen der SOC-Schwelle 2 und der SOC-Schwelle 3 kleiner eingestellt ist als die Differenz zwischen der SOC-Schwelle 1 und der SOC-Schwelle 2, kleiner eingestellt, wenn die Anzahl des erzwungenen Ladens innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer zunimmt. Folglich ist unter der Annahme, dass der Abnahmebetrag des Ladezustands bei den drei Vorgängen unter dem Gefrierpunkt im Wesentlichen konstant ist, die Zeit des erzwungenen Ladens, bis der Ladezustand die SOC-Schwelle zu dieser Zeit erreicht, umso länger, je größer die Anzahl des erzwungenen Ladens ist. Daher steuert die Steuerungsvorrichtung 11 in einem Fall, in welchem das zweite erzwungene Laden in einer vorbestimmten Zeitdauer durchgeführt wird, nachdem das erste erzwungene Laden durchgeführt wird, die Zeit zum Durchführen des zweiten erzwungenen Ladens dahingehend, dass diese länger ist als die Zeit zum Durchführen des ersten erzwungenen Ladens. Beispielsweise kann die Zeit zum Durchführen des ersten erzwungenen Ladens auf fünf Minuten eingestellt sein und die Zeit zum Durchführen des zweiten erzwungenen Ladens kann auf zehn Minuten eingestellt sein.
  • Während der in 4 gezeigten Steuerung sind die SOC-Schwellen 1 bis 3 derart eingestellt, dass die Zeit zum Durchführen des erzwungenen Ladens (t2 bis t3, t4 bis t5 und t6 bis t7) allmählich zunimmt, wenn die Anzahl bzw. Häufigkeit des erzwungenen Ladens zunimmt.
  • Durch das Steuern der Zeit zum Durchführen des erzwungenen Ladens, um allmählich zuzunehmen, wenn das erzwungene Laden wiederholt wird, wie vorstehend beschrieben, kann ein Nutzer (beispielsweise ein Fahrer des Brennstoffzellenfahrzeugs, in welchem das Brennstoffzellensystem 100 montiert ist) erkennen, dass sich der Ladezustand allmählich der Untergrenze (der SOC-Untergrenze) annähert.
  • Wie nachstehend beschrieben ist, ist es ebenso möglich, die Zeit zum Durchführen des erzwungenen Ladens bei einem Verfahren einzustellen, welches nicht von der SOC-Schwelle abhängt.
  • Eine Modifikation der vorstehenden Beschreibung wird mit Bezug auf 5 beschrieben. Bei den Schritten S11 und S12 wird der gleiche Prozess wie der in 2 dargestellte durchgeführt. Im Falle von Ja bei Schritt S12 von 5 startet die Steuerungsvorrichtung 11 das erzwungene Laden bei Schritt S13-1 und setzt das erzwungene Laden fort, bis die Ladezeit eine voreingestellte Zeitschwelle erreicht (Schritt S13-1 und S13-2). Nachdem das erzwungene Laden endet (Nein bei Schritt S13-2), schreitet der Prozess zu Schritt S14 voran. Der Prozess von Schritt S14 bis Schritt S18 ist gleich diesem, welcher in 2 gezeigt ist.
  • Die Zeitschwelle kann gemäß der Temperatur der Sekundärbatterie 12 verändert werden (beispielsweise ist die Ladezeit länger eingestellt, wenn die Temperatur niedriger wird).
  • Die Zeitschwelle kann auf einen Wert gemäß der Anzahl bzw. Häufigkeit eingestellt sein, mit welcher das erzwungene Laden der Sekundärbatterie 12 in einer vorbestimmten Zeitdauer kontinuierlich durchgeführt wird (oder der Anzahl, mit welcher das erzwungene Laden, dessen Ausführungsintervall in einer vorbestimmten Zeitdauer liegt, kontinuierlich durchgeführt wird). Insbesondere wenn die Anzahl, mit welcher das erzwungene Laden in einer vorbestimmten Zeitdauer kontinuierlich durchgeführt wird, zunimmt, kann die Zeitschwelle auf eine längere Zeit eingestellt sein.
  • Während die Ausführungsformen der Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben wurden, ist der Schutzumfang der Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass verschiedene Veränderungen oder Modifikationen in Betracht gezogen werden können und natürlich zu dem technischen Schutzumfang der Erfindung gehören. Bei den vorstehenden Ausführungsformen wurde beispielsweise ein Fall beschrieben, in welchem δSOC gemäß den Bedingungen verändert wird, dies ist jedoch nicht dahingehend gedacht, einen Fall auszuschließen, in welchem δSOC festgelegt ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2007165055 [0004]
    • JP 2007165055 A [0004]

Claims (6)

  1. Brennstoffzellensteuerungsvorrichtung, aufweisend: ein Brennstoffzellensystem (100) mit einer Brennstoffzelle (14) und einer Sekundärbatterie (12); und eine Steuerungsvorrichtung (11), welche derart konfiguriert ist, dass diese das Brennstoffzellensystem (100) steuert, wobei: die Steuerungsvorrichtung (11) bestimmt, ob ein Ladezustand der Sekundärbatterie (12) kleiner oder gleich einer Schwelle ist, die einem Wert entspricht, der durch Addieren eines ersten vorbestimmten Werts zu einer Untergrenze erhalten wird, bei welcher elektrische Leistung, die zum Stoppen und Starten des Brennstoffzellensystems (100) erforderlich ist, zugeführt wird; die Steuerungsvorrichtung (11) in einem Fall, in welchem die Steuerungsvorrichtung (11) einen Befehl empfängt, um das Brennstoffzellensystem (100) zu stoppen, und bestimmt, dass der Ladezustand der Sekundärbatterie (12) kleiner oder gleich der Schwelle ist, das Brennstoffzellensystem (100) steuert, um ein erzwungenes Laden der Sekundärbatterie (12) durch die Brennstoffzelle (14) durchzuführen, bis der Ladezustand die Schwelle erreicht; die Steuerungsvorrichtung (11) das Brennstoffzellensystem (100) stoppt, nachdem das erzwungene Laden durchgeführt ist; und die Steuerungsvorrichtung (11) in einem Fall, in welchem (i) das Brennstoffzellensystem (100) basierend auf einer Anforderung zum Starten des Brennstoffzellensystems (100) in einer vorbestimmten Zeitdauer gestartet wird und (ii) die Steuerungsvorrichtung den Befehl zum Stoppen des Brennstoffzellensystems (100) innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer empfängt, nachdem das Brennstoffzellensystem (100) gestoppt ist, die Schwelle auf einen Wert einstellt, der durch Addieren eines zweiten vorbestimmten Werts, der niedriger als der erste vorbestimmte Wert ist, zu der Untergrenze erhalten wird.
  2. Brennstoffzellensteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsvorrichtung (11) die Schwelle basierend auf einer Temperatur der Sekundärbatterie (12) einstellt.
  3. Brennstoffzellensteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsvorrichtung (11) in einem Fall, in welchem ein zweites erzwungenes Laden innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer durchgeführt wird, nachdem das erste erzwungene Laden durchgeführt ist, eine Zeit zum Durchführen des zweiten erzwungenen Ladens länger einstellt als eine Zeit zum Durchführen des ersten erzwungenen Ladens.
  4. Brennstoffzellensteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Zeit zum Durchführen des erzwungenen Ladens basierend auf einer Temperatur der Sekundärbatterie (12) eingestellt ist.
  5. Brennstoffzellenfahrzeug mit der Brennstoffzellensteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
  6. Steuerungsverfahren einer Brennstoffzellensteuerungsvorrichtung mit einem Brennstoffzellensystem (100), welches eine Brennstoffzelle (14) und eine Sekundärbatterie (12) besitzt, und einer Steuerungsvorrichtung (11), welche derart konfiguriert ist, dass diese das Brennstoffzellensystem (100) steuert, wobei das Steuerungsverfahren aufweist: Durchführen eines erzwungenen Ladens der Sekundärbatterie (12) durch die Brennstoffzelle (14) unter einer Bedingung, dass (i) eine Anweisung zum Stoppen des Brennstoffzellensystems (100) empfangen wird und (ii) ein Ladezustand der Sekundärbatterie (12) kleiner oder gleich einer Schwelle ist, die einem Wert entspricht, der durch Addieren eines ersten vorbestimmten Werts zu einer Untergrenze erhalten wird, bei welcher elektrische Leistung, die zum Stoppen und Starten des Brennstoffzellensystems (100) erforderlich ist, zugeführt wird, bis der Ladezustand die Schwelle erreicht; Stoppen des Brennstoffzellensystems (100), nachdem das erzwungene Laden durchgeführt ist; und Einstellen der Schwelle auf einen Wert, welcher durch Addieren eines zweiten vorbestimmten Werts, der niedriger als der erste vorbestimmte Wert ist, zu der Untergrenze erhalten wird, nachdem das Brennstoffzellensystem (100) gestoppt ist, in einem Fall, in welchem (i) das Brennstoffzellensystem (100) basierend auf einer Anforderung zum Starten des Brennstoffzellensystems (100) gestartet wird und (ii) ein Befehl zum Stoppen des Brennstoffzellensystems (100) innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer ausgegeben wird.
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