DE102018104101B4

DE102018104101B4 - Brennstoffzellensystem, Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems und Fahrzeug mit daran montiertem Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102018104101B4
Application number: DE102018104101.2A
Authority: DE
Inventors: Ryosuke OYA
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2023-03-02
Anticipated expiration: 2038-02-24
Also published as: DE102018104101A1; JP6828559B2; US20180287171A1; JP2018174028A; CN108695525A; US20210091391A1; US10886544B2; CN108695525B; US11380913B2

Abstract

Brennstoffzellensystem (FCS), umfassend:
eine Brennstoffzelle (10);
einen Hochspannungsstromkreis, der konfiguriert ist, um einen Elektromotor (42) anzutreiben;
ein Relais (41), das zwischen der Brennstoffzelle (10) und dem Hochspannungsstromkreis angeordnet ist, wobei das Relais (41) konfiguriert ist, um eine elektrische Verbindung der Brennstoffzelle (10) mit dem Hochspannungsstromkreis herzustellen oder zu blockieren;
einen Kühlkreislauf (11), der mit der Brennstoffzelle (10) vorgesehen ist, wobei der Kühlkreislauf (11) Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Brennstoffzelle (10) beinhaltet;
eine Leitfähigkeitsreduktionseinheit (113), die auf dem Kühlkreislauf (11) vorgesehen ist, wobei die Leitfähigkeitsreduktionseinheit (113) konfiguriert ist, um die Leitfähigkeit des Kühlkreislaufs (11) zu reduzieren;
eine Speichereinheit (501), die Isolationsverminderungsinformationen speichert, welche einen Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung in dem Brennstoffzellensystem (FCS) spezifizieren; und
eine Steuereinheit (50), die konfiguriert ist, um die Isolationsverminderungsinformationen bei Empfang einer Anforderung zum Aktivieren der Brennstoffzelle (10) zu erhalten und, wenn der spezifizierte Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung kein Brennstoffzellenbereich einschließlich der Brennstoffzelle (10) und des Kühlkreislaufs (11) ist, einen Leitfähigkeitsreduktionsprozess an der Kühlflüssigkeit unter Verwendung der Leitfähigkeitsreduktionseinheit (113) vor Veranlassen des Relais (41) zum Herstellen einer Verbindung durchzuführen und das Relais (41) nach Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses zum Herstellen einer Verbindung zu veranlassen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, ein Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems und ein Fahrzeug mit einem daran montierten Brennstoffzellensystem.
BISHERIGER STAND DER TECHNIK
In einem Brennstoffzellensystem wird ein elektrisches Hochspannungssystem einschließlich einer Brennstoffzelle und eines Hochspannungsstromkreises, die einen Elektromotor antreiben, von umgebenden Bauteilen isoliert, die mit dem Brennstoffzellensystem oder einem Stützkörper, der das elektrische Hochspannungssystem abstützt, in Berührung stehen. Ein Kühlkreislauf, der die Brennstoffzelle kühlt, ist kein Stromkreis, und folglich wird dessen Isolation gegenüber dem Stützkörper in der Regel außer Acht gelassen. Daher kann die Erhöhung der Leitfähigkeit von Kühlflüssigkeit die Isolation des Brennstoffzellensystems durch den Kühlkreislauf vermindern. Beispielsweise ist bekannt, dass bei einem Stopp des Brennstoffzellensystems Metallion aus Metallteilen, die einen Kühlkreislauf zum Kühlen einer Brennstoffzelle bilden, in Kühlflüssigkeit eluiert wird, und das Metallion erhöht die Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit. In Anbetracht eines solchen Problems wurde eine Technologie zum Entfernen des Metallions in Kühlflüssigkeit während des Betriebs einer Brennstoffzelle und zum Reduzieren der Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit vorgeschlagen.
Jedoch wird in der herkömmlichen Technologie der Prozess zum Reduzieren der Leitfähigkeit von Kühlflüssigkeit nach dem Starten der Brennstoffzelle durchgeführt, ohne eine Isolationsverminderung durch andere Pfade als einen Kühlkreislauf, z.B. eine Isolationsverminderung durch einen Hochspannungsstromkreis, in Betracht zu ziehen. Wenn die Isolationsverminderung auf einem anderen Pfad als einem Kühlkreislauf aufgetreten ist, kann ein Strompfad gebildet werden, der den Kühlkreislauf und den Hochspannungsstromkreis außerhalb des Brennstoffzellensystems elektrisch verbindet. Wenn somit die Brennstoffzelle gestartet wird, kann an dem äußeren Strompfad eine Hochspannung anliegen.
Hierzu beschreibt die DE 11 2006 001 369 T5 ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle; einer Isolierwiderstands-Messeinheit, die konfiguriert ist, um einen Isolierwiderstand zwischen der Brennstoffzelle und einem externen Leiter zu messen; und einer Steuerungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Leistungserzeugungszustand der Brennstoffzelle zu steuern, wobei die Isolierwiderstands-Messeinheit eine Messung des Isolierwiderstands unter der Bedingung ausführt, in der die Steuerungseinheit die Brennstoffzelle in einem stabilen Zustand beibehält, so dass eine Fluktuation der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Bereichs liegt. Weiterer Stand der Technik findet sich in der JP 2010- 192 141 A , der JP 2005- 317 276 A sowie der US 2010 / 0 167 151 A1 .
KURZFASSUNG
Ausgehend vom Stand der Technik besteht der Wunsch, eine Brennstoffzelle in einem Brennstoffzellensystem zu starten, ohne einen Hochspannungspfad zu bilden, der einen Kühlkreislauf und einen Hochspannungsstromkreis außerhalb des Brennstoffzellensystems verbindet.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung wurde getätigt, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und ist durch die folgenden Aspekte ausführbar.
Der erste Aspekt sieht ein Brennstoffzellensystem vor. Ein Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt beinhaltet eine Brennstoffzelle, einen Hochspannungsstromkreis, der konfiguriert ist, um einen Elektromotor anzutreiben, ein Relais, das zwischen der Brennstoffzelle und dem Hochspannungsstromkreis angeordnet ist, wobei das Relais konfiguriert ist, um eine elektrische Verbindung der Brennstoffzelle mit dem Hochspannungsstromkreis herzustellen oder zu blockieren, einen Kühlkreislauf, der mit der Brennstoffzelle vorgesehen ist, wobei der Kühlkreislauf Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Brennstoffzelle beinhaltet, eine Leitfähigkeitsreduktionseinheit, die auf dem Kühlkreislauf vorgesehen ist, wobei die Leitfähigkeitsreduktionseinheit konfiguriert ist, um die Leitfähigkeit des Kühlkreislaufs zu reduzieren, eine Speichereinheit, die Isolationsverminderungsinformationen speichert, welche einen Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung in dem Brennstoffzellensystem spezifizieren, und eine Steuereinheit, die die Isolationsverminderungsinformationen bei Empfang einer Anforderung zum Starten der Brennstoffzelle erhält und, wenn der spezifizierte Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung kein Brennstoffzellenbereich einschließlich der Brennstoffzelle und des Kühlkreislaufs ist, einen Leitfähigkeitsreduktionsprozess an der Kühlflüssigkeit unter Verwendung der Leitfähigkeitsreduktionseinheit vor Veranlassen des Relais zum Herstellen einer Verbindung durchführt, und das Relais nach Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses zum Herstellen einer Verbindung veranlasst.
Wenn in dem Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt der spezifizierte Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung kein Brennstoffzellenbereich einschließlich der Brennstoffzelle und des Kühlkreislaufs ist, führt die Steuereinheit einen Leitfähigkeitsreduktionsprozess an der Kühlflüssigkeit unter Verwendung der Leitfähigkeitsreduktionseinheit vor Veranlassen des Relais zum Herstellen einer Verbindung durch, und veranlasst das Relais nach Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses zum Herstellen einer Verbindung. Daher ist es möglich, die Brennstoffzelle zu starten, ohne einen Hochspannungspfad zu bilden, der den Kühlkreislauf und den Hochspannungsstromkreis außerhalb des Brennstoffzellensystems verbindet.
In dem Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt kann die Steuereinheit das Relais zum Herstellen einer Verbindung veranlassen, ohne den Leitfähigkeitsreduktionsprozess durchzuführen, wenn der spezifizierte Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung nicht der Brennstoffzellenbereich ist und ein Stoppzeitraum des Brennstoffzellensystems kürzer ist als ein vorbestimmter Zeitraum, oder kann den Leitfähigkeitsreduktionsprozess durchführen und das Relais nach Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses zum Herstellen einer Verbindung veranlassen, wenn der spezifizierte Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung nicht der Brennstoffzellenbereich ist und der Stoppzeitraum des Brennstoffzellensystems größer oder gleich dem vorbestimmten Zeitraum ist. Selbst wenn in einem solchen Fall der spezifizierte Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung nicht der Brennstoffzellenbereich ist, wird in Anbetracht der Leitfähigkeit von Kühlflüssigkeit bestimmt, ob der Leitfähigkeitsreduktionsprozess durchgeführt wird. Somit ist es möglich, sowohl den raschen Start der Brennstoffzelle zu erreichen als auch die Bildung des Hochspannungspfades außerhalb des Brennstoffzellensystems zu verhindern.
In dem Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt kann die Steuereinheit das Relais zum Herstellen einer Verbindung veranlassen, ohne den Leitfähigkeitsreduktionsprozess durchzuführen, wenn der spezifizierte Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung der Brennstoffzellenbereich ist. In einem solchen Fall ist es möglich, die Brennstoffzelle rasch zu starten, ohne dass Hochspannungspfad außerhalb des Brennstoffzellensystems gebildet wird.
Das Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt beinhaltet ferner eine Sekundärbatterie, die mit dem Hochspannungsstromkreis verbunden ist, wobei die Steuereinheit, wenn der Leitfähigkeitsreduktionsprozess durchgeführt wird, den Elektromotor vor Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses unter Verwendung der Sekundärbatterie antreiben kann und das Relais nach Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses zum Herstellen einer Verbindung veranlassen kann, um den Elektromotor unter Verwendung der Brennstoffzelle anzutreiben. In einem solchen Fall ist es möglich, den Elektromotor selbst während des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses anzutreiben und die Bildung des Hochspannungsstromkreises außerhalb des Brennstoffzellensystems zu verhindern.
In dem Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt beinhaltet der Kühlkreislauf eine Kühlflüssigkeitspumpe, die eine Zirkulation der Kühlflüssigkeit erlaubt, und die Steuereinheit kann den Leitfähigkeitsreduktionsprozess durch Antreiben der Kühlflüssigkeitspumpe unter Verwendung von Leistung der Sekundärbatterie und Strömenlassen der Kühlflüssigkeit zu der Leitfähigkeitsreduktionseinheit durchführen. In einem solchen Fall ist es möglich, den Prozess zum Reduzieren der Leitfähigkeit von Kühlflüssigkeit durchzuführen, ohne die Brennstoffzelle zu starten.
In dem Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt beinhalten die Isolationsverminderungsinformationen ferner Informationen darüber, ob eine Isolationsverminderung aufgetreten ist, und die Steuereinheit kann den Leitfähigkeitsreduktionsprozess gemäß dem Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung durchführen, wenn die Isolationsverminderungsinformationen das Auftreten einer Isolationsverminderung angeben, oder kann das Relais zum Herstellen einer Verbindung veranlassen, ohne den Leitfähigkeitsreduktionsprozess durchzuführen, wenn die Isolationsverminderungsinformationen nicht das Auftreten einer Isolationsverminderung angeben. In einem solchen Fall ist es möglich, einen Aktivierungsprozess des Brennstoffzellensystems in Anbetracht dessen durchzuführen, ob die Isolationsverminderung aufgetreten ist.
Das Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt beinhaltet ferner eine Isolationserfassungsvorrichtung, die eine Isolationsverminderung in dem Brennstoffzellensystem erfasst, wobei die Steuereinheit spezifizieren kann, ob ein erfasster Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung der Brennstoffzellenbereich oder ein anderer Bereich als der Brennstoffzellenbereich ist, die Isolationsverminderungsinformationen generieren und die Isolationsverminderungsinformationen in der Speichereinheit speichern kann. In einem solchen Fall ist es möglich, Informationen zum Starten der Brennstoffzelle zu generieren, ohne dass bei der nächsten Aktivierung des Brennstoffzellensystems den Hochspannungspfad außerhalb des Brennstoffzellensystems gebildet wird.
In dem Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt kann die Steuereinheit den Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung spezifizieren, die Isolationsverminderungsinformationen generieren und die Isolationsverminderungsinformationen in der Speichereinheit speichern, wenn das Brennstoffzellensystem gestoppt wird. In einem solchen Fall ist es möglich, Informationen zum Starten der Brennstoffzelle zu generieren, ohne dass bei der nächsten Aktivierung des Brennstoffzellensystems der Hochspannungspfad außerhalb des Brennstoffzellensystems gebildet wird.
Der zweite Aspekt sieht ein Fahrzeug vor. Ein Fahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt beinhaltet das Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt, in dem der Hochspannungsstromkreis, die Brennstoffzelle und der Kühlkreislauf durch das Fahrzeug abgestützt werden und die Isolationsverminderung eine Isolationsverminderung zwischen einer Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs und dem Brennstoffzellensystem ist. In dem Fahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt ist es möglich, die Brennstoffzelle zu starten, ohne den Hochspannungspfad, der den Kühlkreislauf und den Hochspannungsstromkreis verbindet, in der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs zu bilden.
Der dritte Aspekt sieht ein Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems mit einer Brennstoffzelle vor. Ein Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems mit einer Brennstoffzelle gemäß dem dritten Aspekt beinhaltet das Empfangen einer Anforderung zum Starten der Brennstoffzelle, das Erhalten von Isolationsverminderungsinformationen, welche einen Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung in dem Brennstoffzellensystem spezifizieren, und das Durchführen, wenn der spezifizierte Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung kein Brennstoffzellenbereich einschließlich der Brennstoffzelle und eines Kühlkreislaufs mit darin zirkulierender Kühlflüssigkeit ist, eines Leitfähigkeitsreduktionsprozesses an der Kühlflüssigkeit vor Veranlassen eines Relais, das zwischen einem Hochspannungsstromkreis zum Antreiben eines Elektromotors und der Brennstoffzelle angeordnet ist, zum Herstellen einer Verbindung, und das Durchführen eines Startprozesses einschließlich des Veranlassens des Relais zum Herstellen einer Verbindung nach Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses.
In dem Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems gemäß dem dritten Aspekt ist es möglich, die gleichen Wirkeffekte zu erhalten wie mit dem Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt. Zudem ist das Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems gemäß der dritten Ausführungsform mittels verschiedener Aspekte analog zu dem Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt ausführbar. Ferner ist das Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems gemäß dem dritten Aspekt auch als ein Computerprogramm oder ein Aufzeichnungsmedium, das von einem das Computerprogramm speichernden Computer lesbar ist, ausführbar.
Figurenliste

1 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Brennstoffzellensystems veranschaulicht, das auf jede Ausführungsform gleichermaßen anwendbar ist.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuereinheit veranschaulicht, die auf jede Ausführungsform gleichermaßen anwendbar ist.
3 ist ein erläuterndes Diagramm zum Erläutern eines Bereichs mit aufgetretener Isolationsverminderung in einem Brennstoffzellensystem gemäß einer ersten Ausführungsform.
4 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozessroutine eines in dem Brennstoffzellensystem gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführten Isolationsverminderungserfassungsprozesses veranschaulicht.
5 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozessroutine eines bei Aktivierung des Brennstoffzellensystems gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführten Systemaktivierungsprozesses veranschaulicht.
6 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozessroutine eines bei Aktivierung des Brennstoffzellensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform durchgeführten Systemaktivierungsprozesses veranschaulicht.
7 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozessroutine eines bei Aktivierung des Brennstoffzellensystems gemäß einer dritten Ausführungsform durchgeführten Systemaktivierungsprozesses veranschaulicht.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden ein Brennstoffzellensystem, ein Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems und ein Fahrzeug mit einem daran montierten Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Erste Ausführungsform:
1 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines auf jede Ausführungsform gleichermaßen anwendbaren Brennstoffzellensystems veranschaulicht. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine auf jede Ausführungsform gleicherma-ßen anwendbare Steuereinheit veranschaulicht.
Ein Brennstoffzellensystem FCS gemäß der ersten Ausführungsform beinhaltet eine Brennstoffzelle 10, eine Hochspannungsvorrichtung für Brennstoffzelle 12, eine Sekundärbatterie 20, eine Leistungssteuereinheit 21, eine Hilfsvorrichtungssteuereinheit 22, einen Systemschalter 30, einen Antriebsmotor 42, eine Hochspannungshilfsvorrichtung 43 und eine Steuereinheit 50. Das Brennstoffzellensystem FCS beinhaltet einen Brennstoffzellenbereich SE1 einschließlich der Brennstoffzelle 10 und der Hochspannungsvorrichtung für Brennstoffzelle 12 sowie einen Brennstoffzellenaußenbereich SE2 einschließlich der Sekundärbatterie 20, der Leistungssteuereinheit 21, der Hilfsvorrichtungssteuereinheit 22, des Antriebsmotors 42 und der Hochspannungshilfsvorrichtung 43. Der Brennstoffzellenbereich SE1 und der Brennstoffzellenaußenbereich SE2 sind durch ein Relais 41 elektrisch miteinander verbunden. Die Leistungssteuereinheit 21 und die Hilfsvorrichtungssteuereinheit 22 sind Hochspannungsstromkreise, und es kann mindestens die Leistungssteuereinheit 21 vorgesehen sein. Im Folgenden wird ein Beispiel beschrieben, in dem das Brennstoffzellensystem FCS an einem Fahrzeug montiert ist.
Das Brennstoffzellensystem FCS ist von einer Fahrzeugkarosserie BD isoliert, wenn es an einem Fahrzeug montiert ist. Daher wird davon ausgegangen, dass ein Isolationswiderstand IR1 virtuell zwischen dem Brennstoffzellensystem FCS und der Fahrzeugkarosserie BD vorhanden ist. Zudem sind auch der Hochspannungsstromkreis, der das Brennstoffzellensystem FCS bildet, z.B. die Leistungssteuereinheit 21 und die Hilfsvorrichtungssteuereinheit 22, von der Fahrzeugkarosserie BD oder von einem den konventionellen elektrischen Stromkreis bildenden Niederspannungsstromkreis isoliert. Daher wird davon ausgegangen, dass ein Isolationswiderstand IR2 virtuell zwischen dem Hochspannungsstromkreis und der Fahrzeugkarosserie BD und dem Niederspannungsstromkreis, der den konventionellen elektrischen Stromkreis bildet, vorhanden ist. Es sei darauf hingewiesen, dass es auch möglich ist davon auszugehen, dass das Brennstoffzellensystem FCS mit der Masse der Fahrzeugkarosserie BD verbunden ist. Im Folgenden wird ein Bereich, der von dem Hochspannungsstromkreis zu isolieren ist, zusammengenommen als die Fahrzeugkarosserie BD bezeichnet.
Die Brennstoffzelle 10 ist eine Brennstoffzelle vom Festpolymertyp, die imstande ist, Leistung beispielsweise durch elektrochemische Reaktion zwischen Luft als Oxidationsgas und Wasserstoff als Brenngas zu erzeugen. In der Beschreibung werden Oxidationsgas und Brenngas zusammengenommen als Reaktionsgas bezeichnet. Die Brennstoffzelle 10 beinhaltet einen Kühlkreislauf 11 zum Kühlen der Brennstoffzelle 10.
Der Kühlkreislauf 11 beinhaltet ein Kühlrohr 111, einen Wärmetauscher 112, einen Ionenaustauscher 113, ein Schaltventil 114 und eine Kühlflüssigkeitspumpe 40. Der Ionenaustauscher 113 ist eine Leitfähigkeitsreduktionseinheit, die ein als ein Ionenentfernungsfilter fungierendes Ionenaustauschharz darin beinhaltet und leitfähiges Ion in hindurchtretender Kühlflüssigkeit entfernt, um die Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit zu reduzieren.
Die Kühlflüssigkeitspumpe 40 ist eine Pumpe, die von der Steuereinheit 50 gesteuert wird, um eine Zirkulation von Kühlflüssigkeit in dem Kühlrohr 111 zu erlauben, und ist in der Hochspannungshilfsvorrichtung beinhaltet. Die Kühlflüssigkeitspumpe 40 befördert Kühlflüssigkeit, der durch die Brennstoffzelle 10 Wärme entzogen wurde, zu dem Wärmetauscher 112, das heißt, einem Kühler, oder zu dem Ionenaustauscher 113, und führt die von dem Wärmetauscher 112 gekühlte Kühlflüssigkeit oder die Kühlflüssigkeit, die einem Prozess zum Entfernen von leitfähigen Ionen durch den Ionenaustauscher 113 unterzogen wurde, erneut der Brennstoffzelle 10 zu. Das Schaltventil 114 ist ein Dreiwegeventil, das von der Steuereinheit 50 gesteuert wird, um einen Förderbestimmungsort von Kühlflüssigkeit zwischen dem Wärmetauscher 112 und dem Ionenaustauscher 113 umzuschalten. Das Schaltventil 114 schaltet einen Förderbestimmungsort von Kühlflüssigkeit auf den Ionenaustauscher 113, wenn ein Prozess zum Reduzieren der Leitfähigkeit von Kühlflüssigkeit durchgeführt wird, während es einen Förderbestimmungsort von Kühlflüssigkeit auf den Wärmetauscher 112 schaltet, wenn der Leitfähigkeitsreduktionsprozess nicht durchgeführt wird, das heißt, im Normalbetrieb.
Der Kühlkreislauf 11 wird an der Fahrzeugkarosserie BD beispielsweise mittels eines Montagerahmens anhand von leitfähigen Befestigungsmitteln wie etwa metallenen Schrauben, Muttern fixiert. Als Kühlflüssigkeit wird in der Regel reines Wasser oder Kühlflüssigkeit mit niedriger Leitfähigkeit verwendet, und der Kühlkreislauf 11 ist von der Fahrzeugkarosserie BD im Wesentlichen elektrisch isoliert. Das heißt, zwischen dem Kühlkreislauf 11 und der Fahrzeugkarosserie BD besteht ein Isolationswiderstand IR1. Wenn das Fahrzeug jedoch abgestellt ist und das Brennstoffzellensystem FCS gestoppt ist, wird bekanntermaßen Metallion aus dem Kühlrohr 111 und dem Wärmetauscher 112, die generell aus Metallmaterialien gebildet sind, in die Kühlflüssigkeit eluiert und das Metallion erhöht die Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit. Die Erhöhung der Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit vermindert die Isolation zwischen dem Kühlkreislauf 11 und der Fahrzeugkarosserie BD, das heißt, den Isolationswiderstand IR1. Dann wird gegebenenfalls ein Prozess zum Reduzieren der Leitfähigkeit von Kühlflüssigkeit unter Verwendung des Ionenaustauschers 113 durchgeführt.
Die Hochspannungsvorrichtung für Brennstoffzelle 12 ist ein Hochspannungsstromkreis zum Erhöhen einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 auf eine gegebene Spannung, die zum Antreiben des Antriebsmotors 42 erforderlich ist, und beinhaltet einen Hochsetzsteller darin. Gleichstrom, der von der Hochspannungsvorrichtung für Brennstoffzelle 12 verstärkt wurde, wird der Leistungssteuereinheit 21 zugeführt, in Wechselstrom umgewandelt und dem Antriebsmotor 42 zugeführt.
Das Relais 41 ist ein Relais, das von der Steuereinheit 50 gesteuert wird, um die Brennstoffzelle 10 mechanisch von anderen elektrischen Stromkreisen des Brennstoffzellensystems FCS zu blockieren, und beinhaltet ein erstes Relais 41 a und ein zweites Relais 41b. Wenn das Relais 41 verbunden ist, ist es möglich, den Antriebsmotor 42 unter Verwendung von Leistung anzutreiben, die von der Brennstoffzelle 10 erzeugt wird. Genauer gesagt vermögen das erste Relais 41a und das zweite Relais 41b mittels Steuersignalen von der Steuereinheit 50 ihre Position auf eine Aus-Position zum Durchführen einer elektrischen Blockade oder eine Ein-Position zum Durchführen einer elektrischen Kommunikation zu schalten. Wenn das Relais 41 eingeschaltet wird, wird zuerst das erste Relais 41a eingeschaltet und dann wird das zweite Relais 41b eingeschaltet. Das zweite Relais 41b ist mit einem Vorladewiderstand zum Verhindern und Reduzieren eines Einschaltstroms bei Einschalten des Relais versehen.
Die Sekundärbatterie 20 ist durch die Hilfsvorrichtungssteuereinheit 22 mit der Leistungssteuereinheit 21 verbunden. Die Sekundärbatterie 20 ist mit einer Isolationserfassungsvorrichtung 45 verbunden. Als die Sekundärbatterie 20 sind beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie, eine Nickel-Wasserstoff-Batterie oder ein Kondensator verwendbar.
Die Leistungssteuereinheit 21 ist eine Steuereinheit zum Steuern vornehmlich des Betriebs des Antriebsmotors 42, der ein Drehstrommotor ist, und erlaubt einen Leistungsbetrieb oder einen Regenerationsbetrieb des Antriebsmotors 42. Die Leistungssteuereinheit 21 beinhaltet beispielsweise eine Steuereinheit, einen Wechselrichter für einen Motor und einen Hochsetz-/Tiefsetzsteller für eine Sekundärbatterie, welche von der Steuereinheit gesteuert werden, sowie ein Sperr-Gate zum mechanischen Blockieren einer elektrischen Verbindung mit dem Antriebsmotor 42. Die Leistungssteuereinheit 21 erhöht eine Ausgangsspannung der Sekundärbatterie 20 auf eine Antriebsspannung des Antriebsmotors 42. Die Leistungssteuereinheit 21 wandelt im Leistungsbetrieb Gleichspannung aus der Brennstoffzelle 10, die von der Hochspannungsvorrichtung für Brennstoffzelle 12 verstärkt wurde, oder Gleichspannung aus der Sekundärbatterie 20, die von dem Hochsetz-/Tiefsetzsteller verstärkt wurde, in Wechselspannung um und führt diese dem Antriebsmotor 42 zu. Im Regenerationsbetrieb wandelt die Leistungssteuereinheit 21 Wechselspannung, die aus dem Antriebsmotor 42 ausgegeben wird, durch den Hochsetz-/Tiefsetzsteller in Gleichspannung um, reduziert die Spannung und führt diese der Sekundärbatterie 20 zu. Die Wechselspannung im Regenerationsbetrieb kann zum Antreiben der Hochspannungshilfsvorrichtung 43 verwendet werden, welche eine Hilfsvorrichtung der Brennstoffzelle 10 ist.
Die Hilfsvorrichtungssteuereinheit 22 empfängt durch die Hochspannungsvorrichtung für Brennstoffzelle 12 eine Leistungsversorgung von der Brennstoffzelle 10 oder eine Leistungsversorgung von der Sekundärbatterie 20. Die Hilfsvorrichtungssteuereinheit 22 ist mit einem Wechselrichter versehen. Der Wechselrichter wandelt Gleichspannung, die von der Brennstoffzelle 10 oder der Sekundärbatterie 20 zugeführt wird, in Wechselspannung um, um einen Wechselstrommotor zu steuern, der die Hochspannungshilfsvorrichtung 43 antreibt. Die Hilfsvorrichtungssteuereinheit 22 beinhaltet ferner ein Sperr-Gate zum mechanischen Blockieren einer elektrischen Verbindung mit der Hochspannungshilfsvorrichtung 43. Obzwar in 1 die Kühlflüssigkeitspumpe 40 und die Hochspannungshilfsvorrichtung 43 zur Vereinfachung der Darstellung und Erläuterung mit einer Hilfsvorrichtungssteuereinheit 22 verbunden sind, ist die Hilfsvorrichtungssteuereinheit 22 für jede Hochspannungshilfsvorrichtung 43 angeordnet.
Der Antriebsmotor 42 ist ein Drehstrommotor zum Antreiben eines Fahrzeugs, und seine Ausgangsleistung wird von der Leistungssteuereinheit 21 gesteuert, die von der Steuereinheit 50 Steuersignale gemäß einer über eine Eingabeeinheit wie etwa ein Fahrpedal eingegebenen Anforderung eines Fahrers empfangen hat. Andere Wechselstrommotoren oder Gleichstrommotoren sind als der Antriebsmotor 42 verwendbar.
Die Hochspannungshilfsvorrichtung 43 ist eine Hilfsvorrichtung, die von einem Motor angetrieben wird, der mit einer hohen Spannung von im Allgemeinen größer oder gleich 100V arbeitet, und beinhaltet beispielsweise einen Luftkompressor, der Luft zu der Brennstoffzelle 10 befördert, und eine Wasserstoffpumpe zum Erlauben einer Zirkulation von Wasserstoffgas in einem Anodengaszufuhrsystem. Es sei darauf hingewiesen, dass die Kühlflüssigkeitspumpe 40 zum Zirkulieren von Kühlflüssigkeit in dem Kühlkreislauf 11 auch in der Hochspannungshilfsvorrichtung beinhaltet ist. Indes ist mit einer Niederspannungshilfsvorrichtung generell eine Hilfsvorrichtung angegeben, die mit einer niedrigen Spannung von 12 bis 48V angetrieben wird.
Die Isolationserfassungsvorrichtung 45 ist eine Vorrichtung zum Erfassen eines Isolationswiderstands in dem Brennstoffzellensystem FCS. Konkret erfasst die Isolationserfassungsvorrichtung 45 eine Reduktion des oben beschriebenen Isolationswiderstands IR1, IR2. Beispielsweise legt die Isolationserfassungsvorrichtung 45 eine Wechselspannung mit einer vorbestimmten Frequenz an ein elektrisches Hochspannungssystem des Brennstoffzellensystems FCS an, erzeugt einen Spannungswert, der in Übereinstimmung mit einer Isolationsverminderung des elektrischen Hochspannungssystems abnimmt, und gibt diesen an die Steuereinheit 50 als Erfassungssignale aus. Es sei darauf hingewiesen, dass mit dem elektrischen Hochspannungssystem ein elektrisches System angegeben ist, dem in dem Brennstoffzellensystem FCS, das durch den Brennstoffzellenbereich SE1 und den Brennstoffzellenaußenbereich SE2 definiert wird, eine Hochspannungsleistung zugeführt wird.
Der Systemschalter 30 ist ein Schalter zum Aktivieren oder Stoppen des Brennstoffzellensystems FCS und entspricht einem Zündschalter in einem Fahrzeug mit Verbrennungskraftmaschine. Es sei darauf hingewiesen, dass die Eingabe des Systemschalters 30 Zubehörpositionen, welche den Betrieb elektrischer Komponenten wie etwa einer Klimaanlage, einer Navigationsvorrichtung und einer Audiovorrichtung erlauben, sowie Ein-Positionen, welche einen Antrieb des Fahrzeugs durch den Antriebsmotor 42 erlauben, beinhalten kann. Die Positionen können beispielsweise bei Betätigung des Systemschalters 30 mit Niederdrücken eines Bremspedals oder durch Gedrückthalten des Systemschalters 30 in Ein-Positionen geschaltet werden.
Im Folgenden wird die Steuereinheit 50 beschrieben. Die Steuereinheit 50 beinhaltet eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 500, einen Speicher 501, eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 502, einen Zähler 503 und einen inneren Bus 504. Die Steuereinheit 50 wird durch Leistungsversorgung von einer Niederspannungssekundärbatterie (nicht gezeigt) betrieben. Die CPU 500, der Speicher 501, die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 502 und der Zähler 503 sind durch den inneren Bus 504 derart verbunden, dass sie in beiden Richtungen kommunizieren können. Der Speicher 501 beinhaltet einen Speicher als eine Speichereinheit zum Speichern eines Isolationsverminderungserfassungsprogramms P1 für das Erfassen einer Isolationsverminderung des Brennstoffzellensystems FCS und eines Systemaktivierungsprogramms P2, P2a, P2b, das bei Aktivierung des Brennstoffzellensystems FCS auf eine nichtflüchtige und schreibgeschützte Weise ausgeführt wird, z.B. ein ROM, und einen Speicher, der Lesen und Schreiben durch die CPU 500 erlaubt, z.B. ein RAM. Der Speicher 501 beinhaltet ferner Isolationsverminderungsinformationen, die einen Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung spezifizieren und gespeichert werden, wenn die Isolationsverminderung in dem Brennstoffzellensystem FCS durch Ausführen des Isolationsverminderungserfassungsprogramms P1 erfasst wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die Isolationsverminderungsinformationen Informationen nicht nur über einen Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung beinhalten können, sondern auch darüber, ob die Isolationsverminderung erfasst wird.
Die CPU 500 lädt das in dem Speicher 501 gespeicherte Isolationsverminderungserfassungsprogramm P1 in einen Speicher, der Lesen und Schreiben erlaubt, und führt es aus, so dass sie als eine Isolationsverminderungserfassungseinheit fungiert. Darüber hinaus führt die CPU 500 das Systemaktivierungsprogramm P2 aus, so dass sie als eine Systemaktivierungseinheit fungiert. In der ersten Ausführungsform muss der Speicher 501 lediglich mindestens das Systemaktivierungsprogramm P2 speichern und kann beliebig andere Programme speichern. Zudem kann die CPU 500 eine CPU vom Multi-Sled- bzw. Mehrfachschlitten-Typ sein, die allein dazu imstande ist, eine Mehrzahl von Ausführungsbefehlen zu verarbeiten, oder kann eine Mehrzahl von CPUs sein, die zum Ausführen jedes der Programme P1 und P2 bestimmt sind. Wenn die CPU 500 durch eine Mehrzahl von CPUs realisiert wird, bilden jede CPU und ein Speicher, der Programme speichert, eine einzelne Steuereinheit, und durch gegenseitige Kommunikation zwischen den Steuereinheiten wird ein Kooperationsprozess durchgeführt.
Der Systemschalter 30 und die Isolationserfassungsvorrichtung 45 sind durch Erfassungssignalleitungen mit der Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 502 verbunden. Die Hilfsvorrichtungssteuereinheit 21 und die Hilfsvorrichtungssteuereinheit 22 einschließlich des Sperr-Gates, der Kühlflüssigkeitspumpe 40 und des Schaltventils 114 sind durch Steuersignalleitungen mit der Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 502 verbunden.
Der Zähler 503 kann eine Oszillatorschaltung sein, die Taktsignale in gegebenen Zeitintervallen überträgt, oder kann eine Schaltung sein, die eine gegebene Anzahl von Taktsignalen zählt und Erfassungssignale ausgibt. In ersterem Fall zählt die CPU 500 die Anzahl von Taktsignalen. In letzterem Fall erhält die CPU 500 von dem Zähler 503 durch die Eingabe von Erfassungssignalen Informationen, die das Verstreichen eines gegebenen Zeitraums angeben.
Im Folgenden wird ein von dem Brennstoffzellensystem FCS gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführter Isolationsverminderungserfassungsprozess beschrieben. 3 ist ein erläuterndes Diagramm zum Erläutern eines Bereichs mit aufgetretener Isolationsverminderung in dem Brennstoffzellensystem gemäß der ersten Ausführungsform. 4 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozessroutine eines in dem Brennstoffzellensystem gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführten Isolationsverminderungserfassungsprozesses veranschaulicht.
In einem Brennstoffzellenfahrzeug FCV mit dem montierten Brennstoffzellensystem FCS ist das Brennstoffzellensystem FCS generell von der Fahrzeugkarosserie BD und einem Niederspannungsstromkreis VA1 isoliert. Genauer gesagt beinhaltet der Kühlkreislauf 11 der Brennstoffzelle 10 den Wärmetauscher 112 und Rohrleitungen aus Metall, und der Wärmetauscher 112 ist durch einen Metallrahmen an der Fahrzeugkarosserie BD fixiert. In dem Kühlrohr 111 strömt Kühlflüssigkeit mit niedriger Leitfähigkeit, und zwischen dem Kühlkreislauf 11 und der Fahrzeugkarosserie BD ist der Isolationswiderstand IR1 vorhanden, sofern die Leitfähigkeit von Kühlflüssigkeit niedrig gehalten wird. Wenn indes Metallion in Kühlflüssigkeit eluiert, dann nimmt die Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit zu, was den Isolationswiderstand IR1 zwischen der Fahrzeugkarosserie BD und dem Kühlkreislauf 11, das heißt, zwischen der Fahrzeugkarosserie BD und der Brennstoffzelle 10, reduziert. Es sei darauf hingewiesen, dass der Kühlkreislauf 11 mit der Masse der Fahrzeugkarosserie BD elektrisch verbunden ist.
Der Hochspannungsstromkreis, z.B. die Leistungssteuereinheit 21, ist von der Fahrzeugkarosserie BD isoliert, und zwischen dem Hochspannungsstromkreis und der Fahrzeugkarosserie BD ist der Isolationswiderstand IR2 vorhanden. Der Hochspannungsstromkreis kann durch den Niederspannungsstromkreis VA1 mit der Fahrzeugkarosserie BD verbunden sein. In einem solchen Fall ist der Hochspannungsstromkreis von dem Niederspannungsstromkreis VA1 isoliert, und zwischen der Leistungssteuereinheit 21 und dem Niederspannungsstromkreis VA1 ist der Isolationswiderstand IR2 vorhanden. Das heißt, der Hochspannungsstromkreis ist mit der Masse der Fahrzeugkarosserie BD verbunden. Beispielsweise kann die Abnahme von Isolierelementen zwischen dem Hochspannungsstromkreis und dem Niederspannungsstromkreis VA1 eine Ummantelung eines mit dem Hochspannungsstromkreis verbundenen Kabelbaums beschädigen und den Isolationswiderstand IR2 vermindern.
Der Isolationsverminderungserfassungsprozess erfolgt durch die CPU 500, die das Isolationsverminderungserfassungsprogramm P1 in gegebenen Zeitintervallen während des Betriebs des Brennstoffzellensystems FCS ausführt. Die CPU 500 bestimmt, ob die Isolationserfassungsvorrichtung 45 das Auftreten einer Isolationsverminderung des Brennstoffzellensystems FCS erfasst hat (Schritt S 100). Wenn, wie oben beschrieben, in dem Brennstoffzellensystem FCS keine Isolationsverminderung aufgetreten ist, gibt die Isolationserfassungsvorrichtung 45 einen hohen Spannungswert als Erfassungssignale an die CPU 500 aus. Wenn in dem Brennstoffzellensystem FCS eine Isolationsverminderung aufgetreten ist, gibt die Isolationserfassungsvorrichtung 45 einen Spannungswert, der niedriger ist als ein Spannungswert in dem Fall, in dem keine Isolationsverminderung aufgetreten ist, als Erfassungssignale an die CPU 500 aus. Wenn ein hoher Spannungswert als Erfassungssignale eingegeben wird, bestimmt die CPU 500, dass in dem Brennstoffzellensystem FCS keine Isolationsverminderung aufgetreten ist (Nein in Schritt S 100), und beendet die Prozessroutine.
Wenn ein niedriger Spannungswert als Erfassungssignale eingegeben wird, bestimmt die CPU 500, dass in dem Brennstoffzellensystem FCS eine Isolationsverminderung aufgetreten ist (Ja in Schritt S100), spezifiziert einen Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung (Schritt S102) und beendet die Prozessroutine. Der Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung wird von der CPU 500 spezifiziert, bevor der Betrieb des Brennstoffzellensystems FCS gestoppt wird, wenn der Systemschalter 30 ausgeschaltet wird.
Die CPU 500 blockiert nacheinander die Sperr-Gates der Leistungssteuereinheit 21 und der Hilfsvorrichtungssteuereinheit 22 sowie das Relais 41. Wenn von der Isolationserfassungsvorrichtung 45 ausgegebene Erfassungssignale nach dem Blockieren des Sperr-Gates der Hilfsvorrichtungssteuereinheit 22 einen niedrigen Spannungswert angeben, bestimmt die CPU 500, dass zwischen der Hilfsvorrichtungssteuereinheit 22 oder der Hochspannungshilfsvorrichtung 43 und der Fahrzeugkarosserie BD eine Isolationsverminderung aufgetreten ist. Wenn von der Isolationserfassungsvorrichtung 45 ausgegebene Erfassungssignale nach dem Blockieren des Sperr-Gates der Hilfsvorrichtungssteuereinheit 22 immer noch einen niedrigen Spannungswert angeben, blockiert die CPU 500 das Sperr-Gate der Leistungssteuereinheit 21. Wenn von der Isolationserfassungsvorrichtung 45 ausgegebene Erfassungssignale einen niedrigen Spannungswert angeben, bestimmt die CPU 500, dass zwischen der Leistungssteuereinheit 21 oder dem Antriebsmotor 42 und der Fahrzeugkarosserie BD eine Isolationsverminderung aufgetreten ist. Wenn von der Isolationserfassungsvorrichtung 45 ausgegebene Erfassungssignale nach dem Blockieren des Sperr-Gates der Leistungssteuereinheit 21 immer noch einen niedrigen Spannungswert angeben, blockiert die CPU 500 das Relais 41. Wenn von der Isolationserfassungsvorrichtung 45 ausgegebene Erfassungssignale einen niedrigen Spannungswert angeben, bestimmt die CPU 500, dass zwischen der Brennstoffzelle 10, dem Kühlkreislauf 11 oder der Hochspannungsvorrichtung für Brennstoffzelle 12 und der Fahrzeugkarosserie BD eine Isolationsverminderung aufgetreten ist.
Die CPU 500 speichert Informationen über eine Isolationsverminderung und Informationen über einen Isolationsverminderungsbereich in dem Speicher 501 als Isolationsverminderungsinformationen und beendet das Brennstoffzellensystem FCS. In der Ausführungsform können die Informationen über einen Isolationsverminderungsbereich Informationen sein, die den Brennstoffzellenbereich SE1 mit der Brennstoffzelle 10 und der Hochspannungsvorrichtung für Brennstoffzelle 12 und/oder den Brennstoffzellensystemaußenbereich SE2 mit der Sekundärbatterie 20, der Leistungssteuereinheit 21, der Hilfsvorrichtungssteuereinheit 22, dem Antriebsmotor 42 und der Hochspannungshilfsvorrichtung 43 spezifizieren.
Die in dem Speicher 501 gespeicherten Isolationsverminderungsinformationen werden bei der nächsten Aktivierung des Brennstoffzellensystems FCS verwendet. 5 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozessroutine eines bei Aktivierung des Brennstoffzellensystems gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführten Systemaktivierungsprozesses veranschaulicht. Der Systemaktivierungsprozess in der ersten Ausführungsform erfolgt durch die CPU 500, die das Systemaktivierungsprogramm P2 als Reaktion auf eine Ein-Eingabe des Systemschalters 30, das heißt, eine Aktivierungsanforderung, ausführt, wenn angegeben wird, dass während des vorherigen Betriebs des Brennstoffzellensystems FCS eine Isolationsverminderung erfasst wird. Es sei darauf hingewiesen, dass sich das Relais 41 in einem blockierten Zustand, das heißt, einem nicht verbundenen Zustand, befindet, wenn das Brennstoffzellensystem FCS beendet ist.
Die CPU 500 erhält Isolationsverminderungsinformationen, die in dem Speicher 501 gespeichert sind, und erhält einen spezifizierten Isolationsverminderungsbereich (Schritt S200). In der ersten Ausführungsform ist der spezifizierte Isolationsverminderungsbereich der Brennstoffzellenbereich SE1 oder der Brennstoffzellenaußenbereich SE2.
Die CPU 500 bestimmt, ob der spezifizierte Isolationsverminderungsbereich der Brennstoffzellenbereich SE1 ist (Schritt S202). Wenn der spezifizierte Isolationsverminderungsbereich der Brennstoffzellenbereich SE1 ist (Ja in Schritt S202), geht der Prozess zu Schritt S212 über, so dass die CPU 500 das Relais 41 zum Herstellen einer Verbindung veranlasst und die Prozessroutine beendet. Folglich überträgt die CPU 500 Steuersignale gemäß einer von einem Fahrer ausgegebenen Anforderung an die Leistungssteuereinheit 21 und treibt den Antriebsmotor 42 mit der Brennstoffzelle 10 als einer Leistungsquelle an, um eine Fahrt des Fahrzeugs FCV zu erlauben. Wenn der spezifizierte Isolationsverminderungsbereich der Brennstoffzellenbereich SE1 ist, dann handelt es sich um eine isolationsvermindernde Komponente in dem Brennstoffzellensystem FCS. Außerhalb des Brennstoffzellensystems FCS sind der Brennstoffzellenbereich SE1 und der Brennstoffzellenaußenbereich SE2 nicht durch die Fahrzeugkarosserie BD elektrisch verbunden, und ein Strompfad außerhalb des Brennstoffzellensystems FCS, das heißt, ein äußerer Strompfad, der den Brennstoffzellenbereich SE1 und den Brennstoffzellenaußenbereich SE2 elektrisch verbindet, wird selbst dann nicht gebildet, wenn das Relais 41 verbunden ist. Es sei darauf hingewiesen, dass mit außerhalb des Brennstoffzellensystems FCS eine Außenkonfiguration angegeben ist, die von dem elektrischen Hochspannungssystem des Brennstoffzellensystems FCS, z.B. der Fahrzeugkarosserie BD und dem Niederspannungsstromkreis, isoliert ist. Der äußere Strompfad ist ein Pfad, der den Brennstoffzellenbereich SE1 und den Brennstoffzellenaußenbereich SE2 elektrisch verbindet, und ist in der Außenkonfiguration des Brennstoffzellensystems FCS gebildet. Daher tritt selbst dann, wenn die Brennstoffzelle 10 gestartet wird und zugelassen wird, dass der Antriebsmotor 42 mit der Brennstoffzelle 10 als einer Leistungsquelle angetrieben wird, kein Leckstrom von der Brennstoffzelle 10 zum Äußeren des elektrischen Hochspannungssystems, z.B. der Fahrzeugkarosserie BD, auf. Der Start des Brennstoffzellensystems 10 meint den Zustand, in dem eine Leistungserzeugung mit der an eine Last angeschlossenen Brennstoffzelle 10 möglich ist, und beinhaltet mindestens den Start der Zufuhr von Reaktionsgas zu der Brennstoffzelle 10. Darüber hinaus wird zum Beheben einer Isolationsverminderung, die durch den Anstieg der Leitfähigkeit von Kühlflüssigkeit bedingt ist, ein Leitfähigkeitsreduktionsprozess während des Betriebs der Brennstoffzelle 10 durchgeführt, um die Isolationsverminderung zu unterbinden. Auf diese Weise wird, wenn der Isolationsverminderungsbereich der Brennstoffzellenbereich SE1 ist, das Relais 41 zum Verbinden der Brennstoffzelle 10 mit der Leistungssteuereinheit 21 zu einem Zeitpunkt, an dem der Antrieb des Antriebsmotors 42 angefordert wird, verbunden, ohne dass die Zeit zwischen dem Verbindungszeitpunkt des Relais 41 und einem anderen Prozess angepasst wird.
Wenn der spezifizierte Isolationsverminderungsbereich nicht der Brennstoffzellenbereich SE1 ist (Nein in Schritt S202), führt die CPU 500 einen Leitfähigkeitsreduktionsprozess durch, bevor sie das Relais 41 zum Herstellen einer Verbindung veranlasst (Schritt S208).
In dem Leitfähigkeitsreduktionsprozess überträgt die CPU 500 Steuersignale an die Hilfsvorrichtungssteuereinheit 22, die die Kühlflüssigkeitspumpe 40 ansteuert, und überträgt Steuersignale zum Umschalten eines Förderbestimmungsortes von Kühlflüssigkeit auf den Ionenaustauscher 113 an das Schaltventil 114. Die Kühlflüssigkeitspumpe 40 wird unter Verwendung von Leistung der Sekundärbatterie 20 angetrieben. Infolgedessen wird Metallion, das in die Kühlflüssigkeit eluiert, durch den Ionenaustauscher 113 entfernt. Die CPU 500 hält den Kühlflüssigkeitspfad durch den Ionenaustauscher 113 solange aufrecht, bis der Leitfähigkeitsreduktionsprozess abgeschlossen ist (Nein in Schritt S210). Sobald der Leitfähigkeitsreduktionsprozess abgeschlossen ist (Ja in Schritt S210) überträgt die CPU 500 Steuersignale zum Umschalten eines Förderbestimmungsortes von Kühlflüssigkeit auf den Wärmetauscher 112 an das Schaltventil 114. Der Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses kann durch Abwarten des Verstreichens einer experimentell vorbestimmten Leitfähigkeitsreduktionsprozesszeit, z.B. des Verstreichens mehrerer Minuten, bestimmt werden oder kann bestimmt werden, wenn eine Leitfähigkeit, die von einem für den Ionenaustauscher 113 angeordneten Leitfähigkeitserfassungssensor erfasst wird, auf einen Leitfähigkeitsreferenzwert reduziert wird. Die Kühlflüssigkeitspumpe 40 wird unter Verwendung von Leistung der Sekundärbatterie 20 angetrieben, und somit ist es möglich, einen Prozess zum Reduzieren der Leitfähigkeit von Kühlflüssigkeit durchzuführen, ohne die Brennstoffzelle 10 zu starten. Zudem ist das Relais 41 blockiert, und mithin sind der Brennstoffzellenbereich SE1 und der Brennstoffzellenaußenbereich SE2 nicht elektrisch verbunden, was ein Anliegen von Leistung der Sekundärbatterie 20 an dem äußeren Strompfad verhindert.
Sobald der Leitfähigkeitsreduktionsprozess abgeschlossen ist, veranlasst die CPU 500 das Relais 41 zum Herstellen einer Verbindung (Schritt S212), startet die Brennstoffzelle 10, um einen Antrieb des Antriebsmotors 42 unter Verwendung der Brennstoffzelle 10 zu erlauben, und beendet die Prozessroutine. Danach überträgt die CPU 500 Steuersignale gemäß einer von einem Fahrer ausgegebenen Anforderung an die Leistungssteuereinheit 21 und steuert den Antriebsmotor 42 an, um eine Fahrt des Fahrzeugs FCV zu erlauben.
Wenn in dem oben beschriebenen Brennstoffzellensystem FCS gemäß der ersten Ausführungsform eine Isolationsverminderung des Brennstoffzellensystems FCS in dem Brennstoffzellenaußenbereich SE2 aufgetreten ist, wird das Relais 41 nach Abschluss des Prozesses zum Reduzieren der Leitfähigkeit von Kühlflüssigkeit verbunden. Selbst wenn daher die Isolierung zwischen der Fahrzeugkarosserie BD und dem Brennstoffzellenbereich SE1 bedingt durch einen Anstieg der Leitfähigkeit von Kühlflüssigkeit vermindert wird und der Brennstoffzellenbereich SE1 und der Brennstoffzellenaußenbereich SE2 durch die Fahrzeugkarosserie BD elektrisch verbunden werden, sind der Brennstoffzellenbereich SE1 und der Brennstoffzellenaußenbereich SE2 nicht in dem Brennstoffzellensystem FCS elektrisch verbunden und es wird kein äußerer Strompfad gebildet, der die Fahrzeugkarosserie BD, den Brennstoffzellenbereich SE1 und den Brennstoffzellenaußenbereich SE2 elektrisch verbindet. Auf diese Weise tritt kein Leckstrom von dem Hochspannungsstromkreis, wie etwa dem Brennstoffzellenbereich SE1 und dem Brennstoffzellenaußenbereich SE2, zu der Fahrzeugkarosserie BD auf.
Selbst wenn in dem Brennstoffzellensystem FCS gemäß der ersten Ausführungsform eine Isolationsverminderung erfasst wird, wenn der vorherige Betrieb des Brennstoffzellensystems FCS beendet wird, wird kein Leitfähigkeitsreduktionsprozess durchgeführt, falls der Isolationsverminderungsbereich der Brennstoffzellenbereich SE1 ist, was einen raschen Start der Brennstoffzelle 10 als Reaktion auf eine Startanforderung erlaubt. Wenn der Isolationsverminderungsbereich der Brennstoffzellenbereich SE 1 ist, werden der Brennstoffzellenbereich SE1 und der Brennstoffzellenaußenbereich SE2 nicht durch die Fahrzeugkarosserie BD elektrisch verbunden. Daher wird in dem Brennstoffzellensystem FCS gemäß der ersten Ausführungsform ein Startzeitpunkt der Brennstoffzelle 10 in Übereinstimmung mit einem spezifizierten Isolationsverminderungsbereich geändert, wodurch es möglich ist, die Brennstoffzelle 10 rascher zu starten und einen Leckstrom von dem Hochspannungsstromkreis des Brennstoffzellensystems FCS zu dem äußeren Strompfad außerhalb des Brennstoffzellensystems FCS zu verhindern.
Zweite Ausführungsform:
Das Brennstoffzellensystem gemäß der zweiten Ausführungsform wird nun beschrieben. 6 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozessroutine eines bei Aktivierung des Brennstoffzellensystems gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführten Systemaktivierungsprozesses veranschaulicht. Die Hardwarekonfiguration des Brennstoffzellensystems gemäß der zweiten Ausführungsform ist gleich jener des Brennstoffzellensystems FCS gemäß der ersten Ausführungsform. Somit sind die gleichen Symbole gegeben wie in der ersten Ausführungsform, so dass eine Erläuterung entfällt. Zudem unterscheidet sich das Systemaktivierungsprogramm P2a der zweiten Ausführungsform in jenem Punkt von dem Systemaktivierungsprogramm P2a der ersten Ausführungsform, dass dann, wenn der Isolationsverminderungsbereich der Brennstoffzellenaußenbereich SE2 ist, in Anbetracht einer Fahrzeugstandzeit bestimmt wird, ob ein Leitfähigkeitsreduktionsprozess durchzuführen ist. Daher ist der gleiche Prozessschritt wie in dem Aktivierungsprozess in der ersten Ausführungsform mit dem gleichen Symbol dargestellt und seine Erläuterung entfällt. Die verschiedenen Prozessschritte werden nun im Detail beschrieben.
Der Systemaktivierungsprozess in der zweiten Ausführungsform erfolgt durch die CPU 500, die, wenn angegeben wird, dass die Isolationsverminderung während des vorherigen Betriebs des Brennstoffzellensystems FCS erfasst wird, das Systemaktivierungsprogramm P2a in Übereinstimmung mit einer Ein-Eingabe des Systemschalters 30 durchführt.
Die CPU 500 führt die Schritte S200 und S202 durch, und in dem Fall, dass der spezifizierte Isolationsverminderungsbereich der Brennstoffzellenbereich SE1 ist (Ja in Schritt S202), geht der Prozess zu Schritt S212 über, so dass die CPU 500 das Relais 41 zum Herstellen einer Verbindung veranlasst und die Prozessroutine beendet. Folglich überträgt die CPU 500 Steuersignale in Übereinstimmung mit einer von einem Fahrer ausgegebenen Anforderung an die Leistungssteuereinheit 21 und treibt den Antriebsmotor 42 mit der Brennstoffzelle 10 als einer Leistungsquelle an, um eine Fahrt des Fahrzeugs FCV zu erlauben.
Wenn der spezifizierte Isolationsverminderungsbereich nicht der Brennstoffzellenbereich SE1 ist (Nein in Schritt S202), das heißt, wenn der spezifizierte Isolationsverminderungsbereich der Brennstoffzellenaußenbereich SE2 ist, erhält die CPU 500 eine Fahrzeugstandzeit ts (s) von dem Zähler 503 oder dem Speicher 501 (Schritt S204). Die Fahrzeugstandzeit ts ist die Zeit, die ab dem Stopp des Brennstoffzellensystems FCS bis zum Einschalten des Systemschalters 30 verstrichen ist, und kann als ein Stoppzeitraum des Brennstoffzellensystems FCS bezeichnet werden. Wenn der Zähler 503 die verstrichene Zeit ab dem Stopp des Brennstoffzellensystems FCS zählt und einbehält, wird die Fahrzeugstandzeit ts von dem Zähler 503 erhalten. Wenn die CPU 500 von dem Zähler 503 ausgegebene Taktsignale zählt und in dem Speicher 501 speichert, wird die Fahrzeugstandzeit ts von dem Speicher 501 erhalten.
Die CPU 500 bestimmt, ob die erhaltene Fahrzeugstandzeit ts kürzer ist als eine vorbestimmte Referenzzeit t1 (s) (Schritt S206). Wenn die Fahrzeugstandzeit ts kürzer ist als die Referenzzeit t1 und die Relation ts < t1 erfüllt ist (Ja in Schritt S206), dann geht der Prozess zu Schritt S212 über, so dass die CPU 500 das Relais 41 zum Herstellen einer Verbindung veranlasst und die Brennstoffzelle 10 startet, um eine Leistungserzeugung für eine Leistungsversorgung des Antriebsmotors 42 zu erlauben. Die CPU 500 überträgt Steuersignale in Übereinstimmung mit einer Anforderung, die von einem Fahrer ausgegeben wird, an die Leistungssteuereinheit 21 und treibt den Antriebsmotor 42 mit der Brennstoffzelle 10 als einer Leistungsquelle an, um eine Fahrt des Fahrzeugs FCV zu erlauben. Die Referenzzeit t1 ist eine Zeit, während der Metallion in Kühlflüssigkeit eluieren kann, so dass die Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit erhöht wird und eine Isolationsverminderung bewirkt wird. Die Referenzzeit t1 wird in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen variiert und ist beispielsweise eine Zeit in der Einheit Wochen. Wenn ts < t1 erfüllt ist, ist der Prozess zum Reduzieren der Leitfähigkeit von Kühlflüssigkeit entbehrlich, und es wird davon ausgegangen, dass zwischen der Brennstoffzelle 10 und der Fahrzeugkarosserie BD keine Isolationsverminderung durch den Kühlkreislauf 11 aufgetreten ist. Daher werden der Brennstoffzellenbereich SE1 und der Brennstoffzellenaußenbereich SE2 außerhalb des Brennstoffzellensystems FCS nicht durch die Fahrzeugkarosserie BD elektrisch verbunden. Selbst wenn das Relais 41 verbunden wird, wird kein äu-ßerer Strompfad gebildet, der die Fahrzeugkarosserie BD, den Brennstoffzellenbereich SE1 und den Brennstoffzellenaußenbereich SE2 elektrisch verbindet. Infolgedessen wird das Relais 41 zum Verbinden der Brennstoffzelle 10 mit der Leistungssteuereinheit 21 zu einem Zeitpunkt, an dem der Antrieb des Antriebsmotors 42 angefordert wird, verbunden, ohne dass die Zeit zwischen dem Verbindungszeitpunkt des Relais 41 und einem anderen Prozess angepasst wird.
Wenn ts < t1 nicht erfüllt ist (Nein in Schritt S206), führt die CPU 500 den Leitfähigkeitsreduktionsprozess durch, bevor sie das Relais 41 zum Herstellen einer Verbindung veranlasst (Schritt S208). Wenn ts < t1 nicht erfüllt ist, ist die Leitfähigkeit von Kühlflüssigkeit erhöht, was eine Isolationsverminderung zwischen der Brennstoffzelle 10 und der Fahrzeugkarosserie BD durch den Kühlkreislauf 11 bewirken kann. Darüber hinaus wird die Isolationsverminderung in dem Brennstoffzellenaußenbereich SE2 auch erfasst und spezifiziert. Daher können der Brennstoffzellenbereich SE1 und der Brennstoffzellenaußenbereich SE2 außerhalb des Brennstoffzellensystems FCS durch die Fahrzeugkarosserie BD elektrisch verbunden sein. Wenn das Relais 41 verbunden wird, wird ein äußerer Strompfad gebildet, der die Fahrzeugkarosserie BD, den Brennstoffzellenbereich SE1 und den Brennstoffzellenaußenbereich SE2 elektrisch verbindet. Wenn der Start der Brennstoffzelle 10 in einem solchen Zustand erlaubt wird, kann ein in der Brennstoffzelle 10 erzeugter Strom in dem äußeren Strompfad fließen. Darüber hinaus wird die Kühlflüssigkeitspumpe 40 in dem Leitfähigkeitsreduktionsprozess mit der Sekundärbatterie 20 als einer Leistungsquelle angetrieben, und somit kann bei verbundenem Relais 41 ein Strom aus der Sekundärbatterie 20 in dem äußeren Strompfad fließen. Dann wird in der ersten Ausführungsform der Prozess zum Reduzieren der Leitfähigkeit von Kühlflüssigkeit durchgeführt, ohne dass das Relais 41 zum Herstellen einer Verbindung veranlasst wird, um zu verhindern, dass an dem äußeren Strompfad Hochspannungsleistung der Sekundärbatterie 20 und Hochspannungsleistung infolge der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 10 anliegt.
Die CPU 500 hält den Kühlflüssigkeitspfad durch den Ionenaustauscher 113 so lange aufrecht, bis der Leitfähigkeitsreduktionsprozess abgeschlossen ist (Nein in Schritt S210). Sobald der Leitfähigkeitsreduktionsprozess abgeschlossen ist (Ja in Schritt S210), überträgt die CPU 500 Steuersignale zum Umschalten eines Förderbestimmungsortes von Kühlflüssigkeit auf den Wärmetauscher 112 an das Schaltventil 114. Der Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses kann durch Abwarten des Verstreichens einer experimentell vorbestimmten Leitfähigkeitsreduktionsprozesszeit gemäß der Fahrzeugstandzeit ts, z.B. des Verstreichens mehrerer Minuten, bestimmt werden oder kann bestimmt werden, wenn eine Leitfähigkeit, die von dem Leitfähigkeitserfassungssensor erfasst wird, auf einen Leitfähigkeitsreferenzwert reduziert wird.
Sobald der Leitfähigkeitsreduktionsprozess abgeschlossen ist, veranlasst die CPU 500 das Relais 41 zum Herstellen einer Verbindung (Schritt S212) und beendet die Prozessroutine. Die CPU 500 überträgt Steuersignale gemäß einer von einem Fahrer ausgegebenen Anforderung an die Leistungssteuereinheit 21 und treibt den Antriebsmotor 42 unter Verwendung von Leistung an, die von der Brennstoffzelle 10 erzeugt wird, um eine Fahrt des Fahrzeugs FCV zu erlauben.
In dem Brennstoffzellensystem FCS gemäß der zweiten Ausführungsform wird in Anbetracht des Anstiegs der Leitfähigkeit von Kühlflüssigkeit gemäß der Zeit, die ab der Beendigung des vorherigen Betriebs des Brennstoffzellensystems FCS verstrichen ist, bestimmt, ob der Leitfähigkeitsreduktionsprozess durchzuführen ist. Wenn daher der Leitfähigkeitsreduktionsprozess entbehrlich ist, ist es möglich, eine Aktivierung des Brennstoffzellensystems FCS umgehend zu erlauben. Wenn hingegen der Leitfähigkeitsreduktionsprozess erforderlich ist, ist es möglich, einen Leckstrom aus dem Hochspannungsstromkreis des Brennstoffzellensystems FCS zum Äußeren des Brennstoffzellensystems FCS zu verhindern. Daher ist es im Vergleich zu dem Fall, in dem der Leitfähigkeitsreduktionsprozess unterschiedslos durchgeführt wird, möglich, einen Leckstrom aus dem Hochspannungsstromkreis des Brennstoffzellensystems FCS zum Äußeren des Brennstoffzellensystems FCS zu verhindern und gleichzeitig den Fahrerkomfort zu verbessern. Darüber hinaus ist es in dem Brennstoffzellensystem FCS gemäß der zweiten Ausführungsform auch möglich, den Vorteil des Brennstoffzellensystems FCS der ersten Ausführungsform zu erhalten.
Dritte Ausführungsform
Im Folgenden wird ein Brennstoffzellensystem gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozessroutine eines bei Aktivierung des Brennstoffzellensystems gemäß der dritten Ausführungsform durchgeführten Systemaktivierungsprozesses veranschaulicht. Die Hardwarekonfiguration des Brennstoffzellensystems gemäß der dritten Ausführungsform ist gleich jener des Brennstoffzellensystems FCS gemäß der ersten Ausführungsform. Somit sind die gleichen Symbole gegeben wie in der ersten Ausführungsform, so dass eine Erläuterung entfällt. Zudem unterscheidet sich das Systemaktivierungsprogramm P2b der dritten Ausführungsform in jenem Punkt von den Systemaktivierungsprogrammen P2, P2a der ersten und zweiten Ausführungsform, dass es sich um ein umfassendes Systemaktivierungsprogramm handelt, das keine Isolationsverminderung voraussetzt und imstande ist, eine Fahrt des Fahrzeugs FCV unter Verwendung von Leistung der Sekundärbatterie 20 unmittelbar nach einer Systemaktivierung zu erlauben. Daher werden die gleichen Prozessschritte wie in dem Aktivierungsprozess in der ersten und zweiten Ausführungsform mit den gleichen Symbolen dargestellt und ihre Erläuterung entfällt. Die unterschiedlichen Prozessschritte werden nun im Detail beschrieben.
Der Systemaktivierungsprozess in der dritten Ausführungsform erfolgt durch die CPU 500, die das Systemaktivierungsprogramm P2b als Reaktion auf eine Ein-Eingabe des Systemschalters 30 durchführt. Die CPU 500 erhält Isolationsverminderungsinformationen, die in dem Speicher 501 gespeichert sind, und bestimmt, ob die Isolationsverminderung in dem vorherigen Betrieb des Brennstoffzellensystems FCS erfasst wurde (Schritt S200a). Wenn die erhaltenen Isolationsverminderungsinformationen keine Aufzeichnung einer Isolationsverminderung angeben (Nein in Schritt S200a), geht der Prozess zu Schritt S212 über, so dass die CPU 500 das Relais 41 zum Herstellen einer Verbindung veranlasst. Der Grund ist, dass dann, wenn in dem Brennstoffzellensystem FCS keine Isolationsverminderung aufgetreten ist, kein äußerer Strompfad gebildet wird, was eine Anpassung des Verbindungszeitpunkts des Relais 41 entbehrlich macht.
Wenn die erhaltenen Isolationsverminderungsinformationen eine Aufzeichnung einer Isolationsverminderung angeben (Ja in Schritt S200a), erhält die CPU 500 den spezifizierten Isolationsverminderungsbereich (Schritt S200). Danach führt die CPU 500 die Schritte S202 bis S208 durch.
Bei Empfang einer Anforderung zum Antreiben des Fahrzeugs FCV von einem Fahrer während des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses überträgt die CPU 500 Steuersignale an die Leistungssteuereinheit 21, um eine Fahrt des Fahrzeugs FCV in Übereinstimmung mit einer von dem Fahrer eingegebenen Anforderungsausgabe zu erlauben. Genauer gesagt treibt die Leistungssteuereinheit 21 den Antriebsmotor 42 mit der Sekundärbatterie 20 als einer Leistungsquelle vor Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses in Übereinstimmung mit der von dem Fahrer ausgegebenen Anforderung an, um eine Fahrt des Fahrzeugs FCV zu erlauben (Schritt S209).
Die CPU 500 führt Schritt S210 und Schritt S212 durch und beendet die Prozessroutine.
Zusätzlich zu den Vorteilen, die durch das Brennstoffzellensystem FCS gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform erhalten werden, ist es in dem Brennstoffzellensystem FCS gemäß der oben beschriebenen dritten Ausführungsform möglich, eine Fahrt des Fahrzeugs FCV in Übereinstimmung mit einer Anforderung eines Fahrers zu erlauben, ohne den Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses abzuwarten. Das heißt, wenn in der Konfiguration, in der das Relais 41 nach Abschluss des Prozesses zum Reduzieren der Leitfähigkeit von Kühlflüssigkeit verbunden wird, die Isolationsverminderung des Brennstoffzellensystems FCS in dem Brennstoffzellenaußenbereich SE2 aufgetreten ist, ist es möglich, den Antriebsmotor 42 unter Verwendung von Leistung der Sekundärbatterie 20 während des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses anzutreiben, um eine Fahrt des Fahrzeugs FCV zu erlauben. Zudem erfolgt die Bestimmung, ob die Isolationsverminderung erfasst wurde, wenn der vorherige Betrieb des Brennstoffzellensystems FCS beendet ist. Somit ist es möglich, den Aktivierungsprozess in dem Fall, dass die Isolationsverminderung aufgetreten ist, und den Aktivierungsprozess in dem Fall, dass die Isolationsverminderung nicht aufgetreten ist, durch den gemeinsamen Aktivierungsprozess durchzuführen.
Modifikationen:
(1) Erste Modifikation:
In der ersten bis dritten Ausführungsform wird lediglich die Kühlflüssigkeitspumpe 40 in dem Leitfähigkeitsreduktionsprozess betrieben, und die Zufuhr von Reaktionsgas zu der Brennstoffzelle 10 wird nach dem Verbinden des Relais 41 gestartet. Jedoch kann die Zufuhr von Reaktionsgas zu der Brennstoffzelle 10 in dem Leitfähigkeitsreduktionsprozess gestartet werden, bevor das Relais 41 verbunden wird. In einem solchen Fall ist es möglich, die Brennstoffzelle 10 rascher zu starten. Zudem beginnt die Brennstoffzelle 10 nicht mit der Leistungserzeugung, solange das Relais 41 getrennt ist, und es wird ein äußerer Strompfad gebildet, der die Fahrzeugkarosserie BD, den Brennstoffzellenbereich SE1 und den Brennstoffzellenaußenbereich SE2 verbindet.
(2) Zweite Modifikation:
In der ersten bis dritten Ausführungsform wird die Kühlflüssigkeitspumpe 40 unter Verwendung der Sekundärbatterie 20 in dem Leitfähigkeitsreduktionsprozess betrieben. Wenn jedoch die Hilfsvorrichtungssteuereinheit für die Kühlflüssigkeitspumpe 40 zwischen dem Relais 41 und der Brennstoffzelle 10 vorgesehen ist, kann die Kühlflüssigkeitspumpe 40 unter Verwendung von Leistung betrieben werden, die von der Brennstoffzelle 10 erzeugt wird. In diesem Fall ist es möglich, dem Fahrzeug FCV nach dem Leitfähigkeitsreduktionsprozess rasch eine Fahrt unter Verwendung von Leistung aus der Brennstoffzelle 10 zu erlauben.
(3) Dritte Modifikation:
In der ersten bis dritten Ausführungsform wurde beispielhaft das an der Fahrzeugkarosserie BD montierte Brennstoffzellensystem FCS angegeben. Jedoch kann das Brennstoffzellensystem FCS an einem beweglichen Körper wie etwa einem Schiff und einem Zug montiert sein oder kann ein ortsgebundenes Brennstoffzellensystem FCS sein. Auch in diesen Fällen ist es möglich, die durch eine Isolationsverminderung bedingten Probleme gleich der vorliegenden Erfindung zu lösen.

Claims

Brennstoffzellensystem (FCS), umfassend: eine Brennstoffzelle (10); einen Hochspannungsstromkreis, der konfiguriert ist, um einen Elektromotor (42) anzutreiben; ein Relais (41), das zwischen der Brennstoffzelle (10) und dem Hochspannungsstromkreis angeordnet ist, wobei das Relais (41) konfiguriert ist, um eine elektrische Verbindung der Brennstoffzelle (10) mit dem Hochspannungsstromkreis herzustellen oder zu blockieren; einen Kühlkreislauf (11), der mit der Brennstoffzelle (10) vorgesehen ist, wobei der Kühlkreislauf (11) Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Brennstoffzelle (10) beinhaltet; eine Leitfähigkeitsreduktionseinheit (113), die auf dem Kühlkreislauf (11) vorgesehen ist, wobei die Leitfähigkeitsreduktionseinheit (113) konfiguriert ist, um die Leitfähigkeit des Kühlkreislaufs (11) zu reduzieren; eine Speichereinheit (501), die Isolationsverminderungsinformationen speichert, welche einen Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung in dem Brennstoffzellensystem (FCS) spezifizieren; und eine Steuereinheit (50), die konfiguriert ist, um die Isolationsverminderungsinformationen bei Empfang einer Anforderung zum Aktivieren der Brennstoffzelle (10) zu erhalten und, wenn der spezifizierte Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung kein Brennstoffzellenbereich einschließlich der Brennstoffzelle (10) und des Kühlkreislaufs (11) ist, einen Leitfähigkeitsreduktionsprozess an der Kühlflüssigkeit unter Verwendung der Leitfähigkeitsreduktionseinheit (113) vor Veranlassen des Relais (41) zum Herstellen einer Verbindung durchzuführen und das Relais (41) nach Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses zum Herstellen einer Verbindung zu veranlassen.
Brennstoffzellensystem (FCS) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (50) das Relais (41) zum Herstellen einer Verbindung veranlasst, ohne den Leitfähigkeitsreduktionsprozess durchzuführen, wenn der spezifizierte Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung nicht der Brennstoffzellenbereich ist und ein Stoppzeitraum des Brennstoffzellensystems (FCS) kürzer ist als ein vorbestimmter Zeitraum, oder den Leitfähigkeitsreduktionsprozess durchführt und das Relais (41) nach Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses zum Herstellen einer Verbindung veranlasst, wenn der spezifizierte Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung nicht der Brennstoffzellenbereich ist und der Stoppzeitraum des Brennstoffzellensystems (FCS) größer oder gleich dem vorbestimmten Zeitraum ist.
Brennstoffzellensystem (FCS) nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (50) das Relais (41) zum Herstellen einer Verbindung veranlasst, ohne den Leitfähigkeitsreduktionsprozess durchzuführen, wenn der spezifizierte Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung der Brennstoffzellenbereich ist.
Brennstoffzellensystem (FCS) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine Sekundärbatterie (20), die mit dem Hochspannungsstromkreis verbunden ist, wobei die Steuereinheit (50), wenn der Leitfähigkeitsreduktionsprozess durchgeführt wird, den Elektromotor (42) vor Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses unter Verwendung der Sekundärbatterie (20) antreibt und das Relais (41) nach Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses zum Herstellen einer Verbindung veranlasst, um den Elektromotor (42) unter Verwendung der Brennstoffzelle (10) anzutreiben.
Brennstoffzellensystem (FCS) nach Anspruch 4, wobei der Kühlkreislauf (11) eine Kühlflüssigkeitspumpe (40) beinhaltet, die eine Zirkulation der Kühlflüssigkeit erlaubt, und die Steuereinheit (50) den Leitfähigkeitsreduktionsprozess durch Antreiben der Kühlflüssigkeitspumpe (40) unter Verwendung von Leistung der Sekundärbatterie (20) und Strömenlassen der Kühlflüssigkeit zu der Leitfähigkeitsreduktionseinheit (113) durchführt.
Brennstoffzellensystem (FCS) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Isolationsverminderungsinformationen ferner Informationen darüber beinhalten, ob eine Isolationsverminderung aufgetreten ist, und die Steuereinheit (50) den Leitfähigkeitsreduktionsprozess gemäß dem Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung durchführt, wenn die Isolationsverminderungsinformationen das Auftreten einer Isolationsverminderung angeben, oder das Relais (41) zum Herstellen einer Verbindung veranlasst, ohne den Leitfähigkeitsreduktionsprozess durchzuführen, wenn die Isolationsverminderungsinformationen nicht das Auftreten einer Isolationsverminderung angeben.
Brennstoffzellensystem (FCS) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: eine Isolationserfassungsvorrichtung (45), die eine Isolationsverminderung in dem Brennstoffzellensystem (FCS) erfasst, wobei die Steuereinheit (50) spezifiziert, ob ein erfasster Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung der Brennstoffzellenbereich oder ein anderer Bereich als der Brennstoffzellenbereich ist, die Isolationsverminderungsinformationen generiert und die Isolationsverminderungsinformationen in der Speichereinheit (501) speichert.
Brennstoffzellensystem (FCS) nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (50) den Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung spezifiziert, die Isolationsverminderungsinformationen generiert und die Isolationsverminderungsinformationen in der Speichereinheit (501) speichert, wenn das Brennstoffzellensystem (FCS) gestoppt wird.
Fahrzeug (FCV), umfassend: das Brennstoffzellensystem (FCS) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Hochspannungsstromkreis, die Brennstoffzelle (10) und der Kühlkreislauf (11) durch das Fahrzeug (FCV) abgestützt sind, und die Isolationsverminderung eine Isolationsverminderung zwischen einer Fahrzeugkarosserie (BD) des Fahrzeugs (FCV) und dem Brennstoffzellensystem (FCS) ist.
Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems (FCS) mit einer Brennstoffzelle (10), umfassend: Empfangen einer Anforderung zum Starten der Brennstoffzelle (10); Erhalten von Isolationsverminderungsinformationen, die einen Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung in dem Brennstoffzellensystem (FCS) spezifizieren; und Durchführen, wenn der spezifizierte Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung kein Brennstoffzellenbereich einschließlich der Brennstoffzelle (10) und eines Kühlkreislaufs (11) mit zirkulierender Kühlflüssigkeit ist, eines Leitfähigkeitsreduktionsprozesses an der Kühlflüssigkeit vor Veranlassen eines Relais (41), das zwischen einem Hochspannungsstromkreis zum Antreiben eines Elektromotors (42) und der Brennstoffzelle (10) angeordnet ist, zum Herstellen einer Verbindung, und Durchführen eines Startprozesses einschließlich des Veranlassens des Relais (41) zum Herstellen einer Verbindung nach Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses.
Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems (FCS) nach Anspruch 10, wobei der Aktivierungsprozess das Relais (41) zum Herstellen einer Verbindung veranlasst, ohne den Leitfähigkeitsreduktionsprozess durchzuführen, wenn ein Stoppzeitraum des Brennstoffzellensystems (FCS) kürzer ist als ein vorbestimmter Zeitraum, oder den Leitfähigkeitsreduktionsprozess durchführt und das Relais (41) nach Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses zum Herstellen einer Verbindung veranlasst, wenn der Stoppzeitraum des Brennstoffzellensystems (FCS) größer oder gleich dem vorbestimmten Zeitraum ist.
Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems (FCS) nach Anspruch 11, wobei der Aktivierungsprozess ein Veranlassen des Relais (41) zum Herstellen einer Verbindung ohne Durchführen des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses beinhaltet, wenn der spezifizierte Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung die Brennstoffzelle (10) ist.
Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems (FCS) nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Aktivierungsprozess ferner, wenn der Leitfähigkeitsreduktionsprozess durchgeführt wird, ein Antreiben des Elektromotors (42) unter Verwendung einer mit dem Hochspannungsstromkreis verbundenen Sekundärbatterie (20) vor Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses beinhaltet und ein Veranlassen des Relais (41) zum Herstellen einer Verbindung, um den Elektromotor (42) unter Verwendung der Brennstoffzelle (10) anzutreiben, nach Abschluss des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses beinhaltet.
Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems (FCS) nach Anspruch 13, wobei der Leitfähigkeitsreduktionsprozess durch Antreiben einer Kühlflüssigkeitspumpe (40) unter Verwendung von Leistung der Sekundärbatterie (20) und Strömenlassen der Kühlflüssigkeit zu der Leitfähigkeitsreduktionseinheit (113) durchgeführt wird.
Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems (FCS) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Isolationsverminderungsinformationen ferner Informationen darüber beinhalten, ob eine Isolationsverminderung aufgetreten ist, und der Aktivierungsprozess ein Durchführen des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses gemäß dem Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung beinhaltet, wenn die Isolationsverminderungsinformationen das Auftreten einer Isolationsverminderung angeben, oder ein Verbinden des Relais (41) ohne Durchführen des Leitfähigkeitsreduktionsprozesses beinhaltet, wenn die Isolationsverminderungsinformationen nicht das Auftreten einer Isolationsverminderung angeben.
Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems (FCS) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, ferner umfassend: Spezifizieren, ob der von einer Isolationserfassungsvorrichtung (45) erfasste Bereich mit aufgetretener Isolationsverminderung ein Brennstoffzellenbereich oder ein anderer Bereich als der Brennstoffzellenbereich ist, Generieren der Isolationsverminderungsinformationen, und Speichern der Isolationsverminderungsinformationen in der Speichereinheit (501).
Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems (FCS) nach Anspruch 16, wobei das Spezifizieren des Bereichs mit aufgetretener Isolationsverminderung, das Generieren der Isolationsverminderungsinformationen und das Speichern der Isolationsverminderungsinformationen in der Speichereinheit (501) durchgeführt werden, wenn das Brennstoffzellensystem (FCS) gestoppt ist.
Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems (FCS) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei die Isolationsverminderung eine Isolationsverminderung zwischen einer Fahrzeugkarosserie (BD) eines Fahrzeugs (FCV) und dem Brennstoffzellensystem (FCS) ist.