DE102018124720A1 - Brennstoffzellensystem zum aufbrauchen von restleistung in einer notsituation - Google Patents

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Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
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Abstract

Offenbart ist ein Brennstoffzellensystem (1), welches in einer Notsituation die Elektrizitätserzeugung stoppt und Restelektrizität aufbraucht. Das Brennstoffzellensystem (1) weist einen Stapel (10), welcher ein Reaktionsgas, das Wasserstoff und/oder Sauerstoff aufweist, erhält, um die Elektrizität zu erzeugen, eine Pumpe (52), welches das Reaktionsgas an den Stapel (10) liefert, eine Entladeschaltung (20), welche einen Widerstand (22), der eine Restleistung in dem Stapel (10) entlädt, und ein erstes Relais (24), welches den Widerstand (22) elektrisch mit dem Stapel (10) verbindet oder von diesem trennt, aufweist, einen Generator (42), welcher mit einer Drehwelle (53) der Pumpe (52) verbunden ist, um eine Antriebsenergie der Drehwelle (53) der Pumpe (52) in eine elektrische Energie umzuwandeln, und eine erste Steuereinrichtung (32), welche das erste Relais (24) steuert, auf. In der Notsituation erhält die erste Steuereinrichtung (32) die elektrische Energie von dem Generator (42) und steuert das erste Relais (24), um den Stapel (10) und den Widerstand (22) elektrisch zu verbinden, so dass die Restelektrizität in dem Stapel (10) aufgebraucht wird.

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldung
  • Die vorliegende Anmeldung beruht auf und beansprucht den Prioritätsvorteil der am 8. Juni 2018 beim koreanischen Amt für geistiges Eigentum (KIPO) eingereichten koreanischen Patentanmeldung Anmelde-Nr. 10-2018-0066293 , deren Offenbarung durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin einbezogen ist.
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Brennstoffzellensystem zum Aufbrauchen bzw. Erschöpfen (hierin kurz: Aufbrauchen) einer Restleistung in einer Notsituation.
  • Hintergrund
  • Ein Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeug ist eines von umweltfreundlichen Fahrzeugen und weist ein Brennstoffzellensystem auf, welches Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt. Wenn das Brennstoffzellenfahrzeug verunfallt, kann ein Folgeunfall, wie beispielsweise ein Stromschlag oder ein Feuer, aufgrund einer restlichen hohen Spannung in einem Brennstoffzellenstapel auftreten.
  • Die Offenbarung in diesem Abschnitt dient zum Bereitstellen des Hintergrunds der Erfindung. Die Anmelderin merkt an, dass dieses Abschnitt Informationen beinhalten kann, welche vor dieser Anmeldung verfügbar waren. Durch Bereitstellen dieses Abschnitts gesteht die Anmelderin jedoch nicht ein, dass irgendeine in diesem Abschnitt enthaltene Information Stand der Technik darstellt.
  • Überblick
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Brennstoffzellensystem, welches dazu in der Lage ist, zu verhindern, dass Personen in einem Fahrzeug eine Verletzung durch einen Folgeunfall bzw. Sekundärunfall (nachfolgend kurz: Folgeunfall) aufgrund einer Restleistung in einem Brennstoffzellenstapel erleiden.
  • Die durch das vorliegende erfinderische Konzept zu lösenden technischen Probleme sind nicht auf die in dieser Beschreibung offenbarten Probleme beschränkt, und jegliche weiteren technischen Probleme, die hierin nicht genannt sind, werden durch die Fachleute in der Technik, zu der die vorliegende Erfindung gehört, klar und deutlich aus der folgenden Beschreibung verstanden.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Brennstoffzellensystem, welches die Erzeugung von Elektrizität stoppt und eine Restelektrizität in einer Notsituation aufbraucht bzw. erschöpft (z.B. abführt und verbraucht; nachfolgend kurz: aufbraucht), auf: mindestens einen (Brennstoffzellen- )Stapel bzw. (Brennstoffzellen-)Stack (nachfolgend kurz: Stapel), welcher ein Reaktionsgas, das Wasserstoff und/oder Sauerstoff aufweist, erhält, um die Elektrizität zu erzeugen, eine Pumpe, welche das Reaktionsgas an den Stapel zuführt, eine Entladeschaltung (z.B. Entladeschaltkreis), welche einen Widerstand, welcher eine Restleistung in dem Stapel entlädt, und ein erstes Relais, welches den Widerstand elektrisch mit dem Stapel verbindet oder von diesem trennt, aufweist, einen Generator, welcher mit einer Drehwelle der Pumpe so verbunden ist, dass eine Antriebsenergie der Drehwelle der Pumpe in eine elektrische Energie umgewandelt wird, und eine erste Steuereinrichtung, welche das erste Relais steuert. In der Notsituation wird die erste Steuereinrichtung elektrisch mit dem Generator so verbunden, dass sie die mittels des Antreibens der Drehwelle der Pumpe erzeugte Elektrizität erhält, und steuert sie das erste Relais so, dass der Stapel und der Widerstand elektrisch miteinander verbunden werden/sind, so dass die Restelektrizität in dem Stapel aufgebraucht bzw. erschöpft (z.B. abgeführt und verbraucht; nachfolgend kurz: aufgebraucht) wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist ein Brennstoffzellensystem eines Fahrzeugs (z.B. eines Kraftfahrzeugs, bspw. eines Automobils) mit einem Stapel auf: eine Entladeschaltung, welche einen Widerstand, der Elektrizität in dem Stapel entlädt, und ein erstes Relais, welches den Widerstand elektrisch mit dem Stapel verbindet oder von diesem trennt, eine erste Steuereinrichtung, welche das erste Relais betätigt, und eine Energieversorgung (z.B. Stromversorgung), welche eine Energie bzw. Leistung (z.B. in Form von elektrischem Strom/elektrischer Spannung) an die erste Steuereinrichtung liefert. Die Energieversorgung weist eine Hauptenergieversorgung (z.B. Hauptstromversorgung), welche die Energie an die erste Steuereinrichtung liefert, und eine Notenergieversorgung (z.B. Notstromversorgung), welche die Energie an die erste Steuereinrichtung liefert, wenn die Hauptenergieversorgung defekt bzw. gestört (nachfolgend kurz: defekt) ist (z.B. eine Fehlfunktion und/oder einen Defekt hat), auf, und die erste Steuereinrichtung steuert das erste Relais so, dass eine Restelektrizität in dem Stapel durch den Widerstand der Entladeschaltung in einer Notsituation entladen wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Brennstoffzellensystem ein Relais steuern, um eine Notenergie an eine Sub-Steuereinrichtung (z.B. die erste Steuereinrichtung) mittels eines Generators, welcher mit einer Drehwelle einer Pumpe, die einem Brennstoffzellenstapel Gas zuführt, verbunden ist, zu liefern. Die Sub-Steuereinrichtung steuert ein zusätzliches Relais (z.B. erste Relais), um den Stapel und eine Elektrizitätsentladeschaltung zu verbinden, so dass die Restleistung oder -elektrizität in dem Stapel schnell an die Schaltung abgeleitet wird, um die Restleistung oder -elektrizität in einer Situation aufzubrauchen bzw. zu erschöpfen, in welcher eine Hauptenergieversorgung, z.B. eine Batterie, oder eine Energieversorgungsleitung (z.B. Stromversorgungsleitung) beschädigt ist oder eine Hauptsteuereinrichtung defekt ist. Die Sub-Steuereinrichtung kann die Notenergie während der Notsituation erhalten und kann kontinuierlich das Steuersignal an das zusätzliche Relais senden. In Ausführungsformen kann das zusätzliche Relais, welches den Stapel mit der Entladeschaltung elektrisch verbindet oder davon trennt, durch das Normalerweise-Geöffnet-Typ-Relais anstatt eines teuren Normalerweise-Geschlossen-Typ-Relais umgesetzt sein, und folglich können Kosten für das Brennstoffzellensystem verringert werden.
  • Zudem sinkt durch die Elektrizitätserzeugung des Generators eine Drehzahl der Pumpe rapide ab, und folglich wird die Zufuhr des Reaktionsgases an den Stapel blockiert, um zu unterbinden, dass in dem Stapel weiter Elektrizität erzeugt wird. Das heißt, dass verhindert werden kann, dass der Folgeunfall den Personen in einem Fahrzeug in der Notsituation zustößt.
  • Figurenliste
  • Die obigen und weitere Aspekte, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlicher, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird:
    • 1 ist ein Blockdiagramm, welches ein Brennstoffzellensystem eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform darstellt, und
    • 2 ist ein Blockdiagramm, welches einen Betrieb des Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs in einer Notsituation gemäß einer Ausführungsform darstellt.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen werden die gleichen Bezugszeichen durchgehend verwendet, um die gleichen oder gleichwertige Elemente zu kennzeichnen. Außerdem kann eine detaillierte Beschreibung von wohlbekannten Merkmalen oder Funktionen nicht bereitgestellt sein, um das Wesentliche der vorliegenden Offenbarung nicht unnötigerweise undeutlich zu machen.
  • Beim Beschreiben von Elementen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Ausdrücke 1tes, 2tes, erstes/erster/erste, zweites/zweiter/zweite, A, B, (a), (b) und dergleichen hierin verwendet werden. Diese Ausdrücke werden lediglich verwendet, um ein Element von einem anderen Element zu unterscheiden, schränken jedoch die entsprechenden Elemente ungeachtet der Reihenfolge oder Rangfolge der korrespondierenden Elemente nicht ein. Wenn nicht andersartig definiert, haben alle hierin verwendeten Begriffe, einschließlich technische und wissenschaftliche Begriffe, die gleichen Bedeutungen wie diejenige, welche von Fachleuten in der Technik, zu welcher diese Erfindung/Offenbarung gehört, im Allgemeinen verstanden werden. Solche Begriffe wie diejenige, welche in einem allgemein verwendeten Wörterbuch vorhanden sind, sind als Bedeutungen, welche gleich den kontextabhängigen Bedeutungen in dem relevanten technischen Gebiet sind, aufweisend zu interpretieren und sind nicht derart zu interpretieren, dass sie ideale oder übermäßig formale Bedeutungen haben, soweit es nicht in der vorliegenden Anmeldung klar definiert ist, dass sie diese haben.
  • Um einen Folgeunfall bzw. Sekundärunfall, welcher durch die Unfälle von Brennstoffzellenfahrzeugen verursacht werden kann, zu vermeiden, kann die Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff an den Brennstoffzellenstapel blockiert werden. Obwohl jedoch die Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff blockiert ist, gibt es immer noch eine Wahrscheinlichkeit des Folgeunfalls, da eine hohe Spannung und ein Hohe-Spannung Strom innerhalb des Brennstoffzellenstapels verbleibt.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, welches ein Brennstoffzellensystem 1 gemäß einer Ausführungsform darstellt.
  • Das Brennstoffzellensystem 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann schnell ein Reaktionsgas, welches einem (Brennstoffzellen-)Stapel bzw. (Brennstoffzellen-)Stack (hierin kurz: Stapel) 10 zugeführt wird, blockieren, wenn sich eine Notsituation, z.B. ein Fahrzeugunfall (bspw. ein Fahrzeugaufprall), ereignet, und kann ebenso schnell eine restliche elektrische Energie bzw. Leistung (hierin auch Restleistung) in dem Stapel 10 aufbrauchen bzw. erschöpfen, wodurch das Auftreten eines Folgeunfalls verhindert oder unterbunden wird.
  • Unter Bezugnahme auf 1 kann das Brennstoffzellensystem 1 in Ausführungsformen ein Fahrzeugantriebssystem 90, einen Stapel 10, eine Gasversorgung 50, eine Entladeschaltung (z.B. Entladeschaltkreis) 20, eine erste Steuereinrichtung 32, eine zweite Steuereinrichtung 34 und eine Notenergieversorgung (z.B. Notstromversorgung) 40 aufweisen. Der Stapel 10 erzeugt Elektrizität und liefert die erzeugte Elektrizität an das Fahrzeugantriebssystem 90. Die Gasversorgung 50 liefert das Reaktionsgas an den Stapel 10. Die Entladeschaltung 20 entlädt die Restleistung in dem Stapel 10. Die erste Steuereinrichtung 32 steuert eine elektrische Verbindung oder Trennung zwischen der Entladeschaltung 20 und dem Stapel 10. Die zweite Steuereinrichtung 34 steuert die erste Steuereinrichtung 32. In einer Ausführungsform kann die zweite Steuereinrichtung 34 eine Fahrzeugsteuereinheit sein. Die Hauptenergieversorgung (z.B. Hauptstromversorgung) 60 liefert elektrische Energie bzw. Leistung (z.B. in Form von elektrischem Strom/elektrischer Spannung) an die erste Steuereinrichtung 32 und die zweite Steuereinrichtung 34. Die Notenergieversorgung 40 liefert in der Notsituation elektrische Energie bzw. Leistung (z.B. in Form von elektrischem Strom/elektrischer Spannung) an die erste Steuereinrichtung 32. Das Reaktionsgas kann Wasserstoff und/oder Sauerstoff aufweisen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann der Stapel 10 das Reaktionsgas, welches Wasserstoff und/oder Sauerstoff aufweist, von der Gasversorgung 50 erhalten und die Elektrizität erzeugen. Der Stapel 10 kann eine erste Elektrode, die den Wasserstoff erhält, eine zweite Elektrode, die den Sauerstoff erhält, und eine Membranelektrodeneinrichtung, welche zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, aufweisen. Der Wasserstoff kann mit dem Sauerstoff in der Membranelektrodeneinrichtung reagieren, um die Elektrizität zu erzeugen. Die erzeugte Elektrizität kann an das Fahrzeugantriebssystem 90 geliefert werden. Das Fahrzeugantriebssystem 90 kann mindestens einen Elektromotor aufweisen. Der Elektromotor kann mittels der Elektrizität, mit welcher er von dem Brennstoffzellensystem versorgt wird, betrieben werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die Gasversorgung 50 mindestens eine Pumpe 52 zum Zuführen des Reaktionsgases, welches den Wasserstoff und/oder Sauerstoff aufweist, aufweisen. Als ein Beispiel kann die Pumpe 52 einen Luftkompressor aufweisen. Ein Generator 42 kann mit einer Drehwelle 53 der Pumpe 52 verbunden sein. Wenn die Drehwelle 53 mit dem Generator 42 verbunden ist, kann eine Rotationsenergie der Drehwelle 53 der Pumpe 52 durch den Generator 42 in eine elektrische Energie oder Elektrizität umgewandelt werden. Die durch den Generator 42 erzeugte Elektrizität kann an die erste Steuereinrichtung 32 in der Notsituation geliefert werden. In einer Notsituation ist der Generator 42 mit der Drehwelle 53 der Pumpe 52 verbunden und bremst dieser die Rotation der Welle 53, wobei Elektrizität erzeugt wird. Folglich kann die Rotation der Drehwelle 53 der Pumpe 52 allmählich (z.B. stetig) verlangsamt werden und kann als ein Ergebnis der Betrieb oder die Tätigkeit der Pumpe 52 gestoppt werden. In diesem Fall kann Reaktionsgas nicht länger an den Stapel 10 zugeführt werden und erzeugt der Stapel 10 keine Elektrizität.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die Entladeschaltung 20 mit einer Elektrizitätsausgangsleitung des Stapels 10 verbunden sein. Die Entladeschaltung 20 kann mindestens einen Widerstand 22 und einen Schalter, welcher die Entladeschaltung 20 elektrisch anschließt oder trennt, aufweisen. Als ein Beispiel kann der Schalter ein oder mehrere Relais aufweisen. In einer Ausführungsform weist der Schalter ein erstes Relais 24 auf. Wenn das erste Relais 24 in einem Geschlossen-Zustand ist, kann die Elektrizität, welche durch den Stapel 10 erzeugt wird oder in dem Stapel 10 verblieben ist, durch den Widerstand 22 aufgebraucht werden. Wenn das erste Relais 24 in einem Geöffnet-Zustand ist, kann die durch den Stapel 10 erzeugte Elektrizität dem Fahrzeugantrieb 90 zugeführt werden. Gemäß zahlreichen Ausführungsformen kann das erste Relais 24 ein Normalerweise-Geöffnet-Typ-Relais sein. Das Normalerweise-Geöffnet-Typ-Relais kann ein Relais darstellen, welches in dem Geöffnet-Zustand bleibt, wenn kein Steuersignal vorliegt (z.B. daran anliegt). Das erste Relais 24 kann in dem Geöffnet-Zustand bleiben, wenn ein in 1 gezeigtes Steuersignal 35 nicht an das erste Relais 24 angelegt ist, und kann in dem Geschlossen-Zustand bleiben, wenn das Steuersignal 35 an das erste Relais 24 angelegt ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die erste Steuereinrichtung 32 das erste Relais 24, welches in der Entladeschaltung 20 vorgesehen ist, betätigen. Als ein Beispiel kann die erste Steuereinrichtung 32 das erste Steuersignal 35 an das erste Relais 24 anlegen. Die erste Steuereinrichtung 32 kann das erste Relais 24 schließen, um die Entladeschaltung 20 und den Stapel 10 zu verbinden. Die erste Steuereinrichtung 32 kann das erste Relais 24 öffnen, um die Entladeschaltung 20 von dem Stapel 10 zu trennen. Die erste Steuereinrichtung 32 kann indessen eine Steuerungsanforderung (z.B. Steueranfragesignal) 31 für das erste Relais 24 von der zweiten Steuereinrichtung 34 empfangen. Die erste Steuereinrichtung 32 kann eine Rückkopplungsantwort (z.B. Rückführungsantwortsignal) 33 über den Zustand des ersten Relais 24 an die zweite Steuereinrichtung 34 bereitstellen.
  • In Ausführungsformen kann die erste Steuereinrichtung 32 mindestens einen Mikrokontroller aufweisen, wobei sie jedoch nicht auf den Mikrokontroller beschränkt sein soll. Als ein Beispiel kann die erste Steuereinrichtung 32 durch lediglich passive Elemente ohne aktive Elemente umgesetzt sein. Auf einer anderen Weise kann die erste Steuereinrichtung 32 durch lediglich eine Logikschaltung ohne den Mikrokontroller umgesetzt sein. Dies dient dazu, es der erste Steuereinrichtung 32 zu erlauben, das erste Relais 24 ohne ein Empfangen eines Steuerbefehls von der zweiten Steuereinrichtung 34 zu betreiben, so dass die Restleistung in dem Stapel 10 schnell entladen wird, wenn in der Notsituation, z.B. einem Fahrzeugunfall, die zweite Steuereinrichtung 34, welche die erste Steuereinrichtung 32 steuert, beschädigt wird oder die Hauptenergieversorgung 60, welche die zweite Steuereinrichtung 24 mit Energie versorgt, beschädigt wird.
  • In Ausführungsformen kann die erste Steuereinrichtung 32 die Energie von der Notenergieversorgung 40 und der Hauptenergieversorgung 60 in einem Normalbetrieb-Zustand des Fahrzeugs erhalten. Wenn das Fahrzeug fährt, kann die erste Steuereinrichtung 32 die Energie von der Hauptenergieversorgung 60 erhalten. Wenn das Fahrzeug sich in der Notsituation befindet, kann die erste Steuereinrichtung 32 die Energie von der Notenergieversorgung 40 erhalten. Wenn folglich die Hauptenergieversorgung 60 in der Notsituation, z.B. dem Fahrzeugunfall, beschädigt wird, kann folglich die erste Steuereinrichtung 32 das erste Relais 24 unter Verwendung der Notenergieversorgung 40 steuern oder betätigen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die erste Steuereinrichtung 32 die Notsituation, z.B. den Fahrzeugunfall, ermitteln. Wenn zum Beispiel die erste Steuereinrichtung 32 die Steuerungsanforderung zur Steuerung des ersten Relais 24 für eine vorbestimmte Zeitdauer nicht von der zweiten Steuereinrichtung 34 empfängt, kann die erste Steuereinrichtung 32 ermitteln, dass die Notsituation auftritt. Die Notsituation kann einen Fall aufweisen, in welchem die zweite Steuereinrichtung 34 oder die Hauptenergieversorgung 60, welche die zweite Steuereinrichtung 34 mit Energie versorgt, defekt ist (z.B. eine Fehlfunktion und/oder Defekt haben).
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die zweite Steuereinrichtung 34 elektrisch mit der ersten Steuereinrichtung 32 verbunden sein. Die zweite Steuereinrichtung 34 kann die Steuerungsanforderung 31 an die erste Steuereinrichtung 32 senden, um das erste Relais 24 zu betätigen. Außerdem kann die zweite Steuereinrichtung 34 die Rückkopplungsantwort 33 über den Zustand des Relais 24 von der ersten Steuereinrichtung 32 empfangen. Die zweite Steuereinrichtung 34 kann die Energie von der Hauptenergieversorgung 60 erhalten.
  • In Ausführungsformen kann die zweite Steuereinrichtung 34 das zweite Relais 70 steuern, so dass die Notenergieversorgung 40 und die erste Steuereinrichtung 32 voneinander elektrisch getrennt sind, wenn das Fahrzeug sich nicht in der Notsituation befindet oder sich in dem Normalbetrieb-Zustand des Fahrzeugs befindet. Die zweite Steuereinrichtung 34 kann das zweite Relais 70 steuern, so dass die Notenergieversorgung 40 und die erste Steuereinrichtung 32 miteinander elektrisch verbunden werden, wenn die Hauptenergieversorgung 60 nicht in der Lage ist, die erste Steuereinrichtung 32 in der Notsituation mit Energie zu versorgen. Beispielsweise kann die zweite Steuereinrichtung 32 ein zweites Steuersignal 37 an das zweite Relais 70 senden, wenn die zweite Steuereinrichtung ermittelt, dass sich das Fahrzeug in einer Notsituation befindet.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die Hauptenergieversorgung 60 die erste Steuereinrichtung 32 und die zweite Steuereinrichtung 34 mit Energie versorgen. Die Hauptenergieversorgung 60 kann die Energie an die erste Steuereinrichtung 32 und an die zweite Steuereinrichtung 34 während eines normalen Zustands, in welchem das Fahrzeug normal arbeitet (z.B. normal fährt), liefern. In Ausführungsformen ist in dem Normalbetrieb-Zustand des Fahrzeugs die Notenergieversorgung nicht mit der ersten Steuereinrichtung 32 verbunden.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die Notenergieversorgung 40 die erste Steuereinrichtung 32 in der Notsituation, z.B. bei dem Fahrzeugunfall, mit Energie versorgen. Die Notenergieversorgung 40 kann den Generator 42, welcher mit der Drehwelle 53 der Pumpe 52 der Gasversorgung 50 verbunden ist, aufweisen. Der Generator 42 kann eine mechanische Energie der Drehwelle 53 der Pumpe 52 in die elektrische Energie umwandeln. Die Notenergieversorgung 40 kann die elektrische Energie in dem Notzustand an die erste Steuereinrichtung 32 liefern. Hierzu können die Notenergieversorgung 40 und die erste Steuereinrichtung 32 miteinander durch das zweite Relais 70 verbunden werden.
  • In Ausführungsformen können die Notenergieversorgung 40 und die erste Steuereinrichtung 32 miteinander elektrisch verbunden sein, wenn das zweite Relais 70 geschlossen ist. Die Notenergieversorgung 40 kann elektrisch mit der ersten Steuereinrichtung 32 durch das zweite Relais 70 verbunden sein. In der Notsituation kann der Generator der Notenergieversorgung 40 mit der Drehwelle 53 der Pumpe 52 verbunden sein und die Elektrizität erzeugen, während die Drehwelle 53 der Pumpe 52 rotiert. Die erzeugte Elektrizität wird an die erste Steuereinrichtung 32 über das Relais 70 übertragen. In Ausführungsformen ist der Generator der Notenergieversorgung 40 hingegen in der normalen Situation nicht mit der Drehwelle 53 verbunden (z.B. davon entkuppelt) und erzeugt er folglich keine Elektrizität.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann das zweite Relais 70 die Notenergieversorgung 40 mit der ersten Steuereinrichtung 32 verbinden. In Ausführungsformen kann das zweite Relais 70 in der Notsituation geschlossen werden und kann folglich die erste Steuereinrichtung 32 mit der Notenergieversorgung 40 verbunden werden. Gemäß zahlreichen Ausführungsformen kann das zweite Relais 70 ein Normalerweise-Geschlossen-Typ-Relais sein. Das Normalerweise-Geschlossen-Typ-Relais kann ein Relais darstellen, welches in dem Geschlossen-Zustand bleibt, wenn kein Steuersignal vorliegt (z.B. daran anliegt), und welches in dem Geöffnet-Zustand bleibt, wenn ein Steuersignal daran angelegt ist. Das zweite Relais 70 kann in dem Geschlossen-Zustand bleiben, wenn das in 1 gezeigte zweite Steuersignal 37 nicht an das zweite Relais 70 angelegt ist. In Ausführungsformen kann das zweite Relais 70 durch die zweite Steuereinrichtung 34 während des Normalbetrieb-Zustands des Fahrzeugs gesteuert werden und in dem Geöffnet-Zustand bleiben, wenn das zweite Steuersignal 37 an das zweite Relais 70 angelegt ist.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, welches einen Betrieb des Brennstoffzellensystems in der Notsituation gemäß einer Ausführungsform darstellt.
  • In den vorliegenden Beschreibungen kann der Begriff „Notsituation“ umfassen eine Situation, in welcher einige Bereiche des Brennstoffzellensystems 1 defekt bzw. gestört sind, zum Beispiel aufgrund des Unfalls des Fahrzeugs. Als ein Beispiel kann ein in 2 gezeigter Bereich „A“ oder können einige in dem Bereich „A“ enthaltenen Komponenten in der Notsituation defekt bzw. gestört sein. Wenn die Hauptenergieversorgung 60 beschädigt ist, kann im Detail die zweite Steuereinrichtung 34 nicht mit der Energie versorgt sein.
  • Wenn das Fahrzeug sich in der Notsituation, wie beispielsweise dem Fahrzeugunfall, gemäß einer Ausführungsform befindet, kann wegen einer Hohe-Spannung-Elektrizität, welche in dem Stapel 10 weiterhin vorliegt, der Folgeunfall, wie beispielsweise ein Stromschlag, Personen in einem Fahrzeug zustoßen. Um dies zu verhindern, kann jegliche verbleibende Elektrizität in dem Stapel 10 entladen werden. Außerdem ist es erforderlich, das Reaktionsgas, welches den Wasserstoff und/oder den Sauerstoff aufweist, daran zu hindern, in den Stapel 10 einzuströmen, um die weitere Elektrizitätserzeugung zu stoppen.
  • Wenn das Fahrzeug sich in der Notsituation gemäß einer Ausführungsform befindet, kann die zweite Steuereinrichtung 34 beschädigt oder defekt sein. Die Zufuhr der Energie an die zweite Steuereinrichtung 34 kann ebenfalls blockiert sein. Da die zweite Steuereinrichtung 34 während des Notzustands keine Elektrizität von der Hauptenergieversorgung erhält, kann die zweite Steuereinrichtung 34 nicht länger das Steuersignal an das zweite Relais 70 senden. In diesem Fall kann das zweite Normalerweise-Geschlossen-Typ-Relais 70 in dem Geschlossen-Zustand bleiben. Dementsprechend kann die erste Steuereinrichtung 32 Energie von der Notenergieversorgung 40 erhalten und den Betrieb des Relais 24 steuern.
  • In einem Notzustand kann die erste Steuereinrichtung 32 unterdessen das erste Relais 24, welches vom Normalerweise-Geöffnet-Typ ist, schließen und die Entladeschaltung 20 mit dem Stapel 10 elektrisch verbinden. Folglich kann die in dem Stapel 10 verbliebene Elektrizität durch den Widerstand 22 der Entladeschaltung 20 entladen werden.
  • Der Generator 42 der Notenergieversorgung 40 kann die der ersten Steuereinrichtung 32 zugeführte Elektrizität erzeugen. Der Generator 42 kann die mechanische Energie der Drehwelle 53 der Pumpe 52 in die elektrische Energie umwandeln und folglich kann der Betrieb der Pumpe 52 der Gasversorgung 50 allmählich (z.B. stetig) gestoppt werden. Wenn der Betrieb der Pumpe 52 stoppt, kann das den Wasserstoff aufweisende und dem Stapel 10 zugeführte Reaktionsgas blockiert werden.
  • Obwohl die Hauptenergieversorgung 60 oder die zweite Steuereinrichtung 34 in der Notsituation defekt ist, kann dementsprechend die mechanische Energie der Pumpe 52 in die elektrische Energie umgewandelt werden, um die Zufuhr des Wasserstoffs und/oder des Sauerstoffs an den Stapel 10 zu stoppen, und kann die Entladeschaltung 20 mit dem Stapel 10 verbunden sein, um die Restelektrizität in dem Stapel 10 zu entladen. Dadurch kann verhindert werden, dass bei der Notsituation, z.B. dem Fahrzeugunfall, den Personen im Fahrzeug der Stromschlag oder der Feuerunfall zustößt.
  • Logische Blöcke, Module oder Einheiten, welche in Verbindung mit hierin offenbarten Ausführungsformen beschrieben sind, können durch eine Rechenvorrichtung, welche mindestens einen Prozessor, mindestens einen Speicher und mindestens eine Kommunikationsschnittstelle aufweist, umgesetzt oder durchgeführt werden. Die Elemente eines Verfahrens, Prozesses oder Algorithmus, welcher in Verbindung mit hierin offenbarten Ausführungsformen beschrieben ist, können direkt in Hardware, in einer Software, welche durch mindestens einen Prozessor ausgeführt wird, oder in einer Kombination der beiden implementiert werden. Computerausführbare Instruktionen zum Implementieren eines Verfahrens, Prozesses oder Algorithmus, welcher in Verbindung mit hierin offenbarten Ausführungsformen beschrieben ist, können in einem nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium gespeichert werden.
  • Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für die Fachleute in der Technik zu verstehen, dass diverse Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dabei vom Sinn und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind daher nicht einschränkend, sondern lediglich veranschaulichender Natur, und der Sinn und Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf diese beschränkt. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll durch die folgenden Ansprüche interpretiert werden und soll derart interpretiert werden, dass alle technischen Ideen, welche äquivalent zu der vorliegenden Erfindung sind, in dem Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind.
  • Bezugszeichenliste
  • 1: Brennstoffzellensystem 10: Stapel
    20: Entladeschaltung 22: Widerstand
    24: Erstes Relais 31: Steuerungsanforderung
    32: Erste Steuereinrichtung 33: Rückkopplungsantwort
    34: Zweite Steuereinrichtung 35: Erstes Steuersignal
    37: Zweites Steuersignal 40: Notenergieversorgung
    42: Generator 50: Gasversorgung
    52: Pumpe 53: Drehwelle
    60: Hauptenergieversorgung 70: Zweites Relais
    90: Fahrzeugantrieb
  • 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
    • KR 1020180066293 [0001]

Claims (10)

  1. Brennstoffzellensteuersystem (1), welches dazu eingerichtet ist, eine Erzeugung von Elektrizität in dem Brennstoffzellensystem (1) zu stoppen, und ferner dazu eingerichtet ist, Restelektrizität in dem Brennstoffzellensystem (1) in einer Notsituation aufzubrauchen, das System aufweisend: mindestens einen Stapel (10), welcher dazu eingerichtet ist, ein Reaktionsgas, das Wasserstoff und/oder Sauerstoff aufweist, zu erhalten, um die Elektrizität zu erzeugen, eine Pumpe (52), welche dazu eingerichtet ist, das Reaktionsgas an den Stapel (10) zuzuführen, eine Entladeschaltung (20), welche einen Widerstand (22), welcher dazu eingerichtet ist, eine Restelektrizität in dem Stapel (10) zu entladen, und ein Relais (24), welches dazu eingerichtet ist, den Widerstand (22) elektrisch mit dem Stapel (10) zu verbinden oder von diesem zu trennen, aufweist, einen Generator (42), welcher mit einer Drehwelle (53) der Pumpe (52) so verbunden ist, dass eine Rotation der Drehwelle (53) der Pumpe (52) in Elektrizität umgewandelt wird, und eine Steuereinrichtung (32), welche dazu eingerichtet ist, das Relais (24) zu steuern, wobei, in der Notsituation, die Steuereinrichtung (32) elektrisch mit dem Generator (42) so verbunden wird, dass sie die mittels der Rotation der Drehwelle (53) der Pumpe (52) erzeugte Elektrizität erhält, wobei die Steuereinrichtung (32) dazu eingerichtet ist, das Relais (24) derart zu steuern, dass der Stapel (10) und der Widerstand (22) elektrisch miteinander verbunden werden, so dass die Restelektrizität in dem Stapel (10) aufgebraucht wird.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Pumpe (52) derart eingerichtet ist, dass eine Zufuhrmenge des Reaktionsgases an den Stapel (10) verringert wird, wenn der Generator (42) und die Steuereinrichtung (32) elektrisch miteinander verbunden sind.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Relais (24) ein Normalerweise-Geöffnet-Typ-Relais aufweist, welches dazu eingerichtet ist, in einem Geöffnet-Zustand zu bleiben, wenn kein Steuersignal von der Steuereinrichtung (32) vorliegt.
  4. System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung (32) eine erste Steuereinrichtung darstellt und das Relais (24) ein erstes Relais darstellt, wobei das Brennstoffzellensystem (1) ferner aufweist: ein zweites Relais (70), welches dazu eingerichtet ist, den Generator (42) elektrisch mit der ersten Steuereinrichtung (32) zu verbinden oder von dieser zu trennen, und eine zweite Steuereinrichtung (34), welche dazu eingerichtet ist, das zweite Relais (70) zu steuern, wobei die zweite Steuereinrichtung (34) dazu eingerichtet ist, das zweite Relais (70) zu steuern, um in einer Situation, mit Ausnahme der Notsituation, den Generator (42) von der ersten Steuereinrichtung (32) elektrisch zu trennen.
  5. System nach Anspruch 5, wobei das zweite Relais (70) ein Normalerweise-Geschlossen-Typ-Relais aufweist, welches dazu eingerichtet ist, in einem Geschlossen-Zustand zu bleiben, wenn kein Steuersignal von der zweiten Steuereinrichtung (34) vorliegt.
  6. System (1) eines Fahrzeugs, aufweisend: eine Brennstoffzelle, welche mindestens einen Stapel (10) aufweist, eine Entladeschaltung (20), welche einen Widerstand (22), der dazu eingerichtet ist, Elektrizität in dem Stapel (10) zu entladen, und ein Relais (24), welches dazu eingerichtet ist, den Widerstand (22) elektrisch mit dem Stapel (10) zu verbinden oder von diesem zu trennen, aufweist, eine Steuereinrichtung (32), welche dazu eingerichtet ist, das Relais (24) zu betätigen, und eine Hauptenergieversorgung (60), welche dazu eingerichtet ist, Energie an die Steuereinrichtung (32) zu liefern, und eine Notenergieversorgung (40), welche dazu eingerichtet ist, Energie an die Steuereinrichtung (32) zu liefern, wenn die Hauptenergieversorgung (60) defekt ist, und wobei die Steuereinrichtung (32) dazu eingerichtet ist, das Relais (24) so zu steuern, dass eine Restelektrizität in dem Stapel (10) durch den Widerstand (22) der Entladeschaltung (20) in einer Notsituation entladen wird.
  7. System (1) nach Anspruch 6, wobei das Relais (24) ein Normalerweise-Geöffnet-Typ-Relais aufweist.
  8. System (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Steuereinrichtung (32) eine erste Steuereinrichtung darstellt und das Relais (24) ein erstes Relais darstellt, wobei das System (1) ferner aufweist: eine zweite Steuereinrichtung (34), welche dazu eingerichtet ist, die erste Steuereinrichtung (32) zu steuern und die Zufuhr der Energie von der Hauptenergieversorgung (60) an die erste Steuereinrichtung (32) zu steuern, und ein zweites Relais (70), welches dazu eingerichtet ist, die Notenergieversorgung (40) elektrisch mit der ersten Steuereinrichtung (32) zu verbinden oder von dieser zu trennen, wobei das zweite Relais (70) ein Normalerweise-Geschlossen-Typ-Relais aufweist, um die erste Steuereinrichtung (32) mit der Notenergieversorgung (40) zu verbinden, wenn die Hauptenergieversorgung (60) defekt ist.
  9. System (1) nach Anspruch 8, wobei die erste Steuereinrichtung (32) und die zweite Steuereinrichtung (34) miteinander elektrisch verbunden sind und wobei die erste Steuereinrichtung (32) dazu eingerichtet ist, in Reaktion auf ein Steuersignal von der zweiten Steuereinrichtung (34) eine Information (33), die einen Zustand des ersten Relais (24) angibt, an die zweite Steuereinrichtung (34) bereitzustellen.
  10. System (1) nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 9, ferner aufweisend eine Pumpe (52), welche dazu eingerichtet ist, Reaktionsgas an den Stapel (10) zu liefern, wobei die Notenergieversorgung (40) einen Generator (42) aufweist, welcher mit einer Drehwelle (53) der Pumpe (52) verbunden ist, um eine Rotation der Drehwelle (53) der Pumpe (52) in Elektrizität umzuwandeln zur Versorgung der Steuereinrichtung (32) in der Notsituation mit der Elektrizität.
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