DE102018209380A1

DE102018209380A1 - Brennstoffzellenfahrzeugsystem und Verfahren zum Steuern desselben

Info

Publication number: DE102018209380A1
Application number: DE102018209380.6A
Authority: DE
Inventors: Seung Hwan Lee; Soon II Jeon
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2019-05-23
Also published as: KR20190059060A; US20190152330A1; KR102478086B1; CN109808497B; CN109808497A; US10793020B2

Abstract

Es wird ein Brennstoffzellenfahrzeugsystem bereitgestellt. Das System umfasst eine Brennstoffzelle und einen ersten Motor, der mit der Brennstoffzelle über einen ersten Busanschluss verbunden ist und durch von der Brennstoffzelle zugeführter Leistung angetrieben wird und Leistung an die Antriebsräder des Fahrzeugs liefert. Eine Hochspannungsbatterie speichert oder liefert Leistung durch Laden oder Entladen. Zusätzlich ist ein zweiter Motor mit der Hochspannungsbatterie über einen zweiten Busanschluss verbunden und wird durch von der Hochspannungsbatterie zugeführter Leistung angetrieben und liefert Leistung an die Antriebsräder des Fahrzeugs.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenfahrzeugsystem und ein Verfahren zum Steuern desselben, und insbesondere ein Brennstoffzellenfahrzeugsystem, bei dem ein Vorderrad und ein Hinterrad mit einer Brennstoffzelle beziehungsweise einer Hochspannungsbatterie verbunden sind und einzeln angetrieben werden.
Beschreibung des Standes der Technik
Die Forschung in Bezug auf Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge unter Verwendung von umweltfreundlichen Brennstoffzellen als alternative Energie in der Zukunft wird aktiv durchgeführt. Die Brennstoffzelle erzeugt elektrische Energie durch eine elektrochemische Reaktion unter Verwendung von Wasserstoff als Reaktionsgas. Aufgrund eines baulichen Problems der Brennstoffzelle kann es jedoch schwierig sein, einer Last beim Starten sofort Energie zuzuführen und schnell auf eine Laständerung zu reagieren. Da die Brennstoffzelle einen optimalen Wirkungsgrad innerhalb einer spezifischen Leistungsdichte aufweist, kann die Brennstoffzelle darüber hinaus häufig von einer hocheffizienten Leistungsdichte abweichen.
Da die Brennstoffzelle nur eine Eigenschaft zum einseitigen Zuführen von Energie aufweist, kann die Brennstoffzelle regenerative Energie, die regeneriert wird, wenn ein Antriebsmotor für ein Fahrzeug gestoppt wird, nicht absorbieren oder speichern und ist demzufolge für eine effiziente Nutzung von Energie unvorteilhaft. Dementsprechend umfasst ein Brennstoffzellenfahrzeug im Allgemeinen ein Hybridantriebssystem, in dem eine Hochspannungsbatterie als eine Hilfsenergiequelle angebracht ist. Jedoch kann ein herkömmlich verwendetes Hybridantriebssystem vom parallelen Typ einen deutlich größeren bidirektionalen Wandler erfordern, der für eine hohe Leistung geeignet ist, und den verringerten Wirkungsgrad aufgrund eines durch den bidirektionalen Wandler verursachten Leistungsverlustes aufweisen.
Die als Stand der Technik beschriebenen Sachverhalte sind lediglich zur Unterstützung des Verständnisses für den Hintergrund der vorliegenden Erfindung bereitgestellt worden und sollten nicht derart angesehen werden, dass sie dem Stand der Technik entsprechen, der einem Fachmann bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Brennstoffzellenfahrzeugsystem mit einem bidirektionalen Wandler durch einzelnes Antreiben eines Vorderrades beziehungsweise eines Hinterrades mit einer Brennstoffzelle und einer Hochspannungsbatterie bereitzustellen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Brennstoffzellenfahrzeugsystem umfassen: eine Brennstoffzelle; einen ersten Motor, der mit der Brennstoffzelle über einen ersten Busanschluss verbunden ist und durch Leistung angetrieben wird, die von der Brennstoffzelle zugeführt wird, und eingerichtet ist, um Leistung an die Antriebsräder des Fahrzeugs zu liefern; eine Hochspannungsbatterie, die eingerichtet ist, um Leistung durch Laden oder Entladen zu speichern oder zuzuführen; und einen zweiten Motor, der mit der Hochspannungsbatterie über einen zweiten Busanschluss verbunden ist und durch Leistung angetrieben wird, die von der Hochspannungsbatterie zugeführt wird, und eingerichtet ist, um Leistung an die Antriebsräder des Fahrzeugs zu liefern.
Der erste Motor kann Leistung an einige der Antriebsräder bereitstellen und der zweite Motor kann Leistung an die anderen Antriebsräder bereitstellen. Das Brennstoffzellenfahrzeugsystem kann ferner umfassen: einen bidirektionalen Gleichstrom-Gleichstrom- (direct current-direct current - DC/DC) Wandler, der zwischen dem ersten Busanschluss und der Hochspannungsbatterie angeordnet ist; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um den bidirektionalen DC/DC-Wandler zu betreiben, um eine Leistungsübertragung zwischen dem ersten Busanschluss und der Hochspannungsbatterie einzustellen.
Das Brennstoffzellenfahrzeugsystem kann ferner umfassen: einen ersten Wechselrichter (Inverter), der zwischen der Brennstoffzelle und dem ersten Motor angeordnet ist und eingerichtet ist, um die Leistung des ersten Busanschlusses zu invertieren und um die invertierte Leistung an den ersten Motor zuzuführen; und einen zweiten Wechselrichter (Inverter), der zwischen der Hochspannungsbatterie und dem zweiten Motor angeordnet ist und eingerichtet ist, um die Leistung des zweiten Busanschlusses zu invertieren und um die invertierte Leistung an den zweiten Motor zuzuführen. Das Brennstoffzellenfahrzeugsystem kann ferner umfassen: ein erstes Relais, das direkt zwischen dem ersten Wechselrichter und dem zweiten Wechselrichter geschaltet ist, um die Leistung des ersten Wechselrichters an den zweiten Wechselrichter zu übertragen. Die Steuerung kann eingerichtet sein, um einen ersten Schalter des ersten Relais zu betreiben, um die Leistung von dem ersten Wechselrichter an den zweiten Wechselrichter zu übertragen oder zu unterbrechen.
Zusätzlich kann das Brennstoffzellenfahrzeugsystem ferner umfassen: ein zweites Relais, das eingerichtet ist, um Leistung von dem bidirektionalen DC/DC-Wandler an den zweiten Wechselrichter direkt zu übertragen, indem ermöglicht wird, dass die Leistung die Hochspannungsbatterie umgeht. Die Steuerung kann eingerichtet sein, um einen zweiten Schalter des zweiten Relais zu betreiben, um die Leistung von dem bidirektionalen DC/DC-Wandler zu dem zweiten Wechselrichter zu übertragen oder zu unterbrechen. Die Steuerung kann ferner eingerichtet sein, um die Antriebsräder des Brennstoffzellenfahrzeugs auf der Grundlage eines Fahrzustandes des Brennstoffzellenfahrzeuges je nach Bedarf in einem Elektrofahrzeug- (electric vehicle - EV) Modus, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug durch die Leistung der Hochspannungsbatterie betrieben wird, einem Nur-Brennstoffzellen-(fuel cell - FC) Modus, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug durch die Leistung der Brennstoffzelle betrieben wird, und einem Hochleistungsmodus, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug unter Verwendung sowohl der Leistung der Hochspannungsbatterie als auch der Leistung der Brennstoffzelle betrieben wird, anzutreiben.
Die Steuerung kann eingerichtet sein, um den bidirektionalen DC/DC-Wandler auf der Grundlage eines Fahrzustandes des Brennstoffzellenfahrzeugs zu betreiben, um die Leistung des ersten Busanschlusses an die Hochspannungsbatterie zu übertragen oder um die Leistung der Hochspannungsbatterie an den ersten Busanschluss zu übertragen. Die Steuerung kann ferner eingerichtet sein, um den bidirektionalen DC/DC-Wandler zu betreiben, um eine mit dem ersten Busanschluss verbundene Zugriffsvorrichtung mit der Leistung der Hochspannungsbatterie zu betreiben, um die Leistung der Hochspannungsbatterie an den ersten Busanschluss zu übertragen, wenn die Brennstoffzelle startet. Zusätzlich kann die Steuerung eingerichtet sein, um den bidirektionalen DC/DC Wandler zu betreiben, um von dem ersten Motor regenerierte Energie an die Hochspannungsbatterie zuzuführen, um die Leistung des ersten Busanschlusses an die Hochspannungsbatterie zum Zeitpunkt eines regenerativen Bremsens zu übertragen. Die Steuerung kann eingerichtet sein, um den bidirektionalen DC/DC Wandler zu betreiben, um die Hochspannungsbatterie mit der von der Brennstoffzelle zugeführten Leistung zu laden, um die Leistung des ersten Busanschlusses an die Hochspannungsbatterie zu übertragen, wenn die Brennstoffzelle betrieben wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Steuern des Brennstoffzellenfahrzeugsystems umfassen: Betreiben eines Antriebsrads eines Brennstoffzellenfahrzeugs auf der Grundlage eines Fahrzustandes des Brennstoffzellenfahrzeuges je nach Bedarf in einem EV-Modus, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug durch die Leistung der Hochspannungsbatterie betrieben wird, einem Nur-FC-Modus, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug durch die Leistung der Brennstoffzelle betrieben wird, und einem Hochleistungsmodus, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug unter Verwendung sowohl der Leistung der Hochspannungsbatterie als auch der Leistung der Brennstoffzelle betrieben wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Steuern des Brennstoffzellenfahrzeugsystems umfassen: Feststellen eines Fehlerzustandes des Brennstoffzellenfahrzeugsystems; und Betreiben eines Antriebsrads eines Brennstoffzellenfahrzeugs in einem Fahrmodus/Antriebsmodus, der auf der Grundlage des festgestellten Fehlerzustandes ausgewählt wird. Wenn bei der Diagnose des Fehlers in dem Betreiben des Antriebsrades des Brennstoffzellenfahrzeugs festgestellt wird, dass die Brennstoffzelle ausgefallen ist, kann das Antriebsrad in einem Antriebsmodus betrieben werden, in dem ein erster Motor oder ein zweiter Motor mit der Leistung der Hochspannungsbatterie angetrieben wird.
Wenn in dem Betreiben des Antriebsrads des Brennstoffzellenfahrzeugs festgestellt wird, dass der zweite Motor ausgefallen ist, kann der bidirektionale DC/DC Wandler betrieben werden, um die Leistung der Hochspannungsbatterie an einen ersten Busanschluss zuzuführen, um das Antriebsrad in einem Antriebsmodus zu betreiben, in dem der erste Motor angetrieben wird. Wenn in dem Betreiben des Antriebsrads des Brennstoffzellenfahrzeugs festgestellt wird, dass die Hochspannungsbatterie ausgefallen ist, kann das Antriebsrad in einem Antriebsmodus betrieben werden, in dem der erste Motor oder der zweite Motor mit der Leistung der Brennstoffzelle angetrieben wird. Wenn in dem Betreiben des Antriebsrads des Brennstoffzellenfahrzeugs festgestellt wird, dass der erste Motor ausgefallen ist, kann der bidirektionale DC/DC Wandler betrieben werden, um die Leistung des ersten Busanschlusses an den zweiten Wechselrichter zu liefern, um den zweiten Motor anzutreiben.
Figurenliste
Die obigen und anderen Aufgaben, Merkmale oder weiteren Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich. In den Figuren zeigen:

1 zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines Brennstoffzellen-Fahrzeugsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 bis 6 stellen verschiedene Fahrmodi gemäß einem Ausführungsbespiel der vorliegenden Erfindung dar;
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Brennstoffzellenfahrzeugsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt ein Diagramm, das einen Antriebsmodus darstellt, wenn eine Brennstoffzelle und ein zweiter Motor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausfallen;
9A und 9B zeigen Diagramme, die einen Antriebsmodus darstellen, wenn eine Hochspannungsbatterie und ein erster Motor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausfallen; und
10A und 10B zeigen Vergleichsdiagramme des bestehenden Brennstoffzellenfahrzeugsystems mit dem Brennstoffzellenfahrzeugsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es versteht sich, dass der Ausdruck „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-“ oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z.B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, wasserstoffgetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
Obwohl das Ausführungsbeispiel derart beschrieben wird, dass es eine Mehrzahl von Einheiten verwendet, um den beispielhaften Prozess bzw. das beispielhafte Verfahren durchzuführen, versteht es sich, dass die beispielhaften Prozesse/Verfahren auch durch ein oder eine Mehrzahl von Modulen durchgeführt werden können. Zusätzlich versteht es sich, dass sich der Ausdruck Steuerung/Steuereinheit auf eine Hardware-Vorrichtung bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor umfasst. Der Speicher ist eingerichtet, um die Module zu speichern, und der Prozessor ist insbesondere eingerichtet, um diese Module auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse/Verfahren durchzuführen, die weiter unten beschrieben werden.
Die hierin verwendete Terminologie ist zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen vorgesehen und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung einzuschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen „ein“, „eine/einer“ und „der/die/das“ dazu vorgesehen, dass sie ebenso die Pluralformen umfassen, wenn aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke „aufweisen“ und/oder „aufweisend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einen oder mehreren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck „und/oder“ jede und sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgeführten Elemente.
Sofern nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, wird der Begriff „ungefähr“, wie er hierin verwendet wird, derart verstanden, dass er innerhalb eines Bereichs mit normgemäßer Toleranz im Stand der Technik liegt, zum Beispiel innerhalb 2 Standardabweichungen der Mittelwerte. „Ungefähr“ kann derart verstanden werden, dass es innerhalb 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Werts liegt. Soweit es sich nicht anderweitig aus dem Kontext ergibt, werden alle hierin bereitgestellten numerischen Werte durch den Begriff „ungefähr“ verändert.
Bestimmte strukturelle und funktionale Beschreibungen in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, die in der vorliegenden Beschreibung oder der vorliegenden Anmeldung offenbart sind, werden dargestellt, um Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu beschreiben, und demzufolge können die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Formen praktiziert werden und sind nicht derart zu verstehen, dass sie auf das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschränkt sind, das in der vorliegenden Beschreibung oder der vorliegenden Anmeldung offenbart ist.
Da Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Weise modifiziert werden können und verschiedene Formen aufweisen können, werden bestimmte Ausführungsbeispiele in den beigefügten Zeichnungen gezeigt und werden in der vorliegenden Beschreibung oder Offenbarung im Detail beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern alle Modifikationen, äquivalente und Ersetzungen umfasst, die in der Lehre und dem Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst sind.
Begriffe wie ‚erste‘, ‚zweite‘ usw. können verwendet werden, um verschiedene Komponenten zu beschreiben, wobei es aber nicht so ausgelegt werden soll, dass die Komponenten auf die Begriffe beschränkt sind. Die Begriffe werden lediglich verwendet, um eine Komponente von einer anderen Komponente zu unterscheiden. Beispielsweise kann die ‚erste‘ Komponente als die ‚zweite‘ Komponente bezeichnet werden und die ‚zweite‘ Komponente kann in ähnlicher Weise auch als die ‚erste‘ Komponente bezeichnet werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Wenn ein Element derart bezeichnet wird, dass mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ ist, versteht es sich, dass es mit einem anderen Element direkt verbunden oder direkt gekoppelt oder mit einem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann, wobei das andere Element dort dazwischenliegt. Andererseits versteht es sich, dass, wenn ein Element derart bezeichnet wird, dass es mit einem anderen Element „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ ist, es mit einem anderen Element ohne dem dort dazwischenliegenden Element verbunden oder gekoppelt sein kann. Darüber hinaus sollten andere Ausdrücke, die eine Beziehung zwischen Komponenten beschreiben, das heißt „zwischen“, direkt zwischen“, „benachbart zu“, „direkt benachbart zu“ und dergleichen in ähnlicher Weise interpretiert werden.
Wenn nichts Anderes angegeben ist, haben alle hierin verwendeten Begriffe/Ausdrücke (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe/Ausdrücke) dieselbe Bedeutung wie jene, die üblicherweise von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet verstanden werden. Es versteht sich, dass die Ausdrücke/Begriffe, die durch das Wörterbuch definiert werden, mit den Bedeutungen innerhalb des Kontext des Standes der Technik identisch sind, und sie sollten nicht ideal oder übermäßig formal definiert werden, es sei denn, der Kontext gibt klar etwas Anderes vor.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Gleiche Bezugszeichen, die in jeder Zeichnung vorgeschlagen sind, bezeichnen gleiche Komponenten.
1 zeigt ein Konfigurationsdiagramm eines Brennstoffzellenfahrzeugsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 1 kann ein Brennstoffzellenfahrzeugsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfassen: Eine Brennstoffzelle 10, einen ersten Motor 50, der mit der Brennstoffzelle 10 über einen ersten Busanschluss 80 verbunden ist und durch Leistung angetrieben wird, die von der Brennstoffzelle 10 zugeführt wird, und eingerichtet ist, um Leistung/ Antriebskraft an Antriebsräder des Fahrzeugs zu liefern; eine Hochspannungsbatterie 20, die eingerichtet ist, um Leistung durch Laden oder Entladen zu speichern oder zuzuführen; und einen zweiten Motor 60, der mit der Hochspannungsbatterie 20 über einen zweiten Busanschluss 90 verbunden ist und durch Leistung angetrieben wird, die von der Hochspannungsbatterie 20 zugeführt wird, und eingerichtet ist, um eine Leistung/Antriebskraft an die Antriebsräder des Fahrzeugs zu liefern.
Die Brennstoffzelle 10 kann ein Brennstoffzellenstapel sein, in dem eine Reaktion durch Zuführen von Wasserstoff beziehungsweise Sauerstoff auftritt, wobei durch die chemische Reaktion erzeugte Leistung an den ersten Busanschluss 80 zugeführt werden kann. Der erste Busanschluss 80 kann eine Diode zum Verhindern eines Rückstromes aufweisen. Der erste Busanschluss 80 kann mit Zubehörteilen (z.B. Basis der Pyramide (BOP)) 11 wie beispielsweise einen Luftkompressor und einer Kühlmittelpumpe verbunden sein, um Leistung an diese zu liefern, und kann mit Hilfs- (auxiliary - AUX) Vorrichtungen wie beispielsweise einer Niederspannungsbatterie verbunden sein, um Leistung an diese zu liefern. Der erste Busanschluss 80 kann eingerichtet sein, um Leistung an den ersten Motor 50 durch einen ersten Wechselrichter (Inverter) 30 zuzuführen.
Die Hochspannungsbatterie 20 kann geladen werden, um Leistung zu speichern, oder entladen werden, um Leistung zuzuführen. Für eine Hochleistungs-Brennstoffzellenfahrzeug kann die Hochspannungsbatterie 20 mit einer großen Kapazität verwendet werden. Ferner kann ein Plug-in-Hybridfahrzeug (plug-in hybrid vehicle - PHEV), das mit Leistung außerhalb von einem Fahrzeug versorgt wird, um geladen zu werden, ein Bordladegerät (onboard charger - OBC) umfassen. Alternativ kann die Hochspannungsbatterie 20 mit Leistung versorgt werden, die außerhalb von dem Fahrzeug durch ein externes Ladegerät zugeführt wird, um geladen zu werden, oder kann in dem Fahrzeug mit der Leistung der Brennstoffzelle 10 oder dergleichen geladen werden, ohne an die externe Stromquelle angeschlossen zu sein.
Der erste Motor 50 kann eingerichtet sein, Leistung an eine erste Gruppe der Antriebsräder des Fahrzeugs zu liefern, und der zweite Motor 60 kann eingerichtet sein, um Leistung an eine zweite Gruppe der Antriebsräder (z.B. eine verbleibende Gruppe) des Fahrzeugs zu liefern. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann angenommen werden, dass der erste Motor 50 Leistung an die Vorderräder liefert, und angenommen werden, dass der zweite Motor 60 Leistung an die Hinterräder liefert, und umgekehrt. Mit anderen Worten können der erste Motor 50 und der zweite Motor 60 unterschiedliche Antriebsräder unabhängig antreiben.
Das Brennstoffzellenfahrzeugsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ferner umfassen einen bidirektionalen DC/DC Wandler 70, der zwischen dem ersten Busanschluss 80 und der Hochspannungsbatterie 20 angeordnet ist; und eine Steuerung (Controller (A)), die eingerichtet ist, um eine Leistungsübertragung zwischen dem ersten Busanschluss 80 und der Hochspannungsbatterie 20 durch Betreiben des bidirektionalen DC/DC-Wandlers 70 einzustellen/anzupassen. Die Steuerung (A) der vorliegenden Erfindung kann eine elektronische Steuerung (electronic controller - ECU) oder eine Telekommunikationssteuerung (telecommunication controller - TCU) oder eine Brennstoffzellensteuerung (fuel cell controller - FCU) sein, die eingerichtet ist, um das Brennstoffzellensystem zu betreiben, oder kann als eine separate Steuerung eingerichtet sein.
Die Spannungen des ersten Busanschlusses 80 und des zweiten Busanschlusses 90 können unterschiedlich eingestellt sein. Insbesondere ist in der vorliegenden Erfindung die Spannung des ersten Busanschlusses 80, mit dem die Brennstoffzelle 10 verbunden ist, vergleichsweise niedriger als die Spannung des zweiten Busanschlusses 90, mit dem die Hochspannungsbatterie 20 verbunden ist. Der bidirektionale DC/DC Wandler 70 (BHDC) der vorliegenden Erfindung kann zwischen dem ersten Busanschluss 80 und der Hochspannungsbatterie 20 angeordnet sein, um unabhängige Antriebssysteme miteinander zu verbinden, und kann eingerichtet sein, um eine DC-Spannung zwischen den unabhängigen Antriebssystemen umzuwandeln, die unterschiedliche Spannungen aufweisen. Die Steuerung (A) kann eingerichtet sein, um den bidirektionalen DC/DC-Wandler 70 zu betreiben, um eine Übertragung der Leistung zwischen dem ersten Busanschluss 80 und der Hochspannungsbatterie 20 zu steuern/regeln. Jedoch weist die vorliegende Erfindung das unabhängige Antriebssystem auf, in dem die Brennstoffzelle 10 und die Hochspannungsbatterie 20 mit dem ersten Motor 50 bzw. dem zweiten Motor 60 verbunden sind, und erfordert somit keinen bidirektionalen DC/DC-Wandler 70 mit großer Kapazität. Mit anderen Worten wird gemäß dem Stand der Technik ein bidirektionaler DC/DC-Wandler 70 mit großer Kapazität von etwa 200 kW benötigt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeugsystem ein Antriebssystem aufweist. Allerdings umfasst das Brennstoffzellenfahrzeugsystem das unabhängige Antriebssystem und somit kann ein bidirektionaler DC/DC-Wandler 70 mit kleiner Kapazität von ungefähr 30 kW ausreichend sein. Die Kapazität des bidirektionalen Wandlers kann auf weniger als 50 % einer maximalen Leistung der Brennstoffzelle 10 oder weniger als 50 % einer maximalen Leistung der Batterie eingestellt werden. Da das Brennstoffzellenfahrzeugsystem durch das unabhängige Antriebssystem betrieben wird, ist ferner das Umwandeln des bidirektionalen DC/DC-Wandlers 70 nicht erforderlich, wodurch verhindert wird, dass die Leistung während des Umwandelns verloren geht. Demzufolge kann die Antriebseffizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs verbessert werden.
Das Brennstoffzellenfahrzeugsystem kann ferner umfassen: Den ersten Wechselrichter 30, der zwischen der Brennstoffzelle 10 dem ersten Motor 50 angeordnet ist und eingerichtet ist, um die Leistung des ersten Busanschlusses 80 zu invertieren und um die invertierte Leistung an den ersten Motor 50 zuzuführen; und einen zweiten Wechselrichter 40, der zwischen der Hochspannungsbatterie 20 und dem zweiten Motor 60 angeordnet ist und eingerichtet ist, um die Leistung des zweiten Busanschlusses 90 zu invertieren und um die invertierte Leistung an den zweiten Motor 60 zuzuführen. Der erste Wechselrichter 30 und der zweite Wechselrichter 40 können eingerichtet sein, um die invertierte Leistung an den ersten Motor 50 beziehungsweise den zweiten Motor 60 zuzuführen. Wenn jedoch die Hochspannungsbatterie 20 ausfällt (z.B. Fehlfunktionen/Störungen), sollte Leistung von der Brennstoffzelle 10 zugeführt werden, und wenn die Leistung dem zweiten Motor 60 zugeführt werden soll (z.B. wenn der erste Motor 50 ausfällt), sollte die Leistung an den zweiten Wechselrichter 40 zugeführt werden, indem die Hochspannung vertritt 20 umgangen wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Brennstoffzellenfahrzeugsystem ferner ein erstes Relais 100 umfassen, das direkt zwischen dem ersten Wechselrichter 30 und dem zweiten Wechselrichter 40 geschaltet ist, um die Leistung des ersten Wechselrichters 30 an den zweiten Wechselrichter 40 zu übertragen, und die Steuerung (A) kann eingerichtet sein, um einen ersten Schalter 110 des ersten Relais 100 zu betreiben, um die Leistung von dem ersten Wechselrichter 30 an den zweiten Wechselrichter 40 zu übertragen oder zu unterbrechen. Das erste Relais 100 kann direkt zwischen dem ersten Wechselrichter 30 und dem zweiten Wechselrichter 40 geschaltet sein, um die Leistung zu übertragen. Die Leistung kann jedoch von der relativ niedrigen Spannung zu der hohen Spannung übertragen werden. Umgekehrt können Komponenten des Wechselrichters oder des Motors beschädigt werden, wenn die Leistung von der hohen Spannung zu der niedrigen Spannung übertragen wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Brennstoffzellenfahrzeugsystem ferner ein zweites Relais 200 umfassen, das eingerichtet ist, um direkt Leistung von dem bidirektionalen DC/DC-Wandler 70 an den zweiten Wechselrichter 40 zu übertragen, indem ermöglicht wird, dass die Leistung die Hochspannungsbatterie 20 umgeht, wobei die Steuerung (A) eingerichtet sein kann, um einen zweiten Schalter 210 des zweiten Relais 200 zu betreiben, um die Leistung von dem bidirektionalen DC/DC-Wandler 70 an den zweiten Wechselrichter 40 zu übertragen oder zu unterbrechen. In diesem Fall kann es jedoch eine Einschränkung geben, dass nur die Leistung, die der Leistungsumwandlungskapazität des bidirektionalen DC/DC-Wandlers 70 entspricht, übertragen werden kann.
Die Steuerung (A) kann eingerichtet sein, um die Antriebsräder des Brennstoffzellenfahrzeugs auf der Grundlage eines Antriebszustandes des Brennstoffzellenfahrzeugs in einem beliebigen aus einem EV-Modus, in dem die Antriebsräder des Brennstoffzellenfahrzeugs durch die Leistung der Hochspannungsbatterie 20 angetrieben werden, einem Nur-FC-Modus, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug durch die Leistung der Brennstoffzelle 10 angetrieben wird, und einem Hochleistungsmodus, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug unter Verwendung sowohl der Leistung der Hochspannungsbatterie als auch der Leistung der Brennstoffzelle 10 angetrieben wird, anzutreiben.
Wie in 1 dargestellt, kann für den Antriebsmodus, der die hohe Leistung erfordert, durch das unabhängige Antriebssystem die Leistung der Brennstoffzelle 10 an den ersten Motor 50 durch den ersten Wechselrichter 30 zugeführt werden, und die Leistung der Hochspannungsbatterie 20 kann an den zweiten Motor 60 durch den zweiten Wechselrichter 40 zugeführt werden, und somit können der erste Motor 50 und der zweite Motor 60 jeweils einzeln angetrieben werden. In 1 zeigen die Pfeile Zweige/Pfade an, durch die Leistung zugeführt wird. 2 bis 6 stellen verschiedene Antriebsmodi gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Unter Bezugnahme auf 2 bis 6 bezeichnen die Pfeile Zweige, durch die Leistung zugeführt wird, und schraffierte Abschnitte bezeichnen einen Zustand, in dem sie jeweils in Betrieb sind. 2 bis 6 stellen einen anderen Antriebsmodus als den unabhängigen Antriebsmodus von 1 dar.
Zunächst zeigt 2 den EV-Modus dar. In dem EV-Modus werden die Antriebsräder durch die Leistung der Hochspannungsbatterie 20 angetrieben oder betrieben, ohne von der Brennstoffzelle 10 mit Leistung versorgt zu werden. Das Brennstoffzellenfahrzeug kann in dem entsprechenden Modus betrieben werden, bevor die Brennstoffzelle 10 in der Anfangsstufe eines Startens startet und kann in dem entsprechenden Modus in einer städtischen Fahrsituation oder dergleichen, die eine geringe Ausgangsleistung benötigt, betrieben werden.
2 stellt dar, dass die von der Hochspannungsbatterie 20 zugeführte Leistung den zweiten Motor 60 durch den zweiten Wechselrichter 40 antreibt. Es ist jedoch auch im Bedarfsfall möglich, den ersten Motor 50 durch Zuführen der Leistung der Hochspannungsbatterie 20 an den ersten Wechselrichter 30 durch den bidirektionalen DC/DC-Wandler 70 anzutreiben.
3 stellt den Nur-FC-Modus dar. In dem Nur-FC-Modus liefert die Brennstoffzelle 10 Leistung, aber die Hochspannungsbatterie 20 liefert keine Leistung. Das Brennstoffzellenfahrzeug kann in dem entsprechenden Modus betrieben werden, wenn ein Ladezustand (state of charge - SOC) der Hochspannungsbatterie 20 unzureichend ist, und kann in dem entsprechenden Modus betrieben werden, wenn die Hochspannungsbatterie 20 oder die umliegenden Systeme ausfallen oder eine Fehlfunktion aufweisen.
3 stellt dar, dass die von der Brennstoffzelle 10 zugeführte Leistung den ersten Motor 50 durch den ersten Wechselrichter 30 antreibt. Es ist jedoch im Bedarfsfall auch möglich, den zweiten Motor 60 durch direktes Übertragen der Leistung der Brennstoffzelle 10 an den zweiten Wechselrichter 40 anzutreiben, indem die Hochspannungsbatterie 20 durch den bidirektionalen DC/DC-Wandler 70 umgangen wird.
4 stellt einen Modus dar, in dem die Hochspannungsbatterie 20 unter Verwendung der Brennstoffzelle 10 geladen wird. Die Hochspannungsbatterie 20 kann ein Plug-in-Laden unter Verwendung einer externen Stromquelle durchführen, aber kann ebenfalls die erzeugte Leistung der Brennstoffzelle 10 durch den bidirektionalen DC/DC-Wandler 70 laden.
Insbesondere kann die Hochspannungsbatterie 20 mit der erzeugten Leistung der Brennstoffzelle 10 während des Betriebs der Brennstoffzelle 10 geladen werden. Mit anderen Worten kann die Hochspannungsbatterie 20 mit der verbleibenden Leistung geladen werden, wenn die Leistung der Brennstoffzelle 10 beispielsweise während des Startens der Brennstoffzelle 10 erzeugt wird, aber sich das Brennstoffzellenfahrzeug nicht in Betrieb befindet oder dergleichen, oder die Hochspannungsbatterie 20 kann auch mit einem Teil der Leistung geladen werden, während der erste Motor 50 angetrieben wird, wenn der SOC der Hochspannungsbatterie 20 unzureichend ist, während das Brennstoffzellenfahrzeug mit der erzeugten Leistung der Brennstoffzelle 10 in Betrieb steht
5 stellt den regenerativen Bremsmodus dar. Insbesondere wenn der regenerative Bremsmodus durchgeführt wird, während sich das Brennstoffzellenfahrzeug im Betrieb befindet, kann die Hochspannungsbatterie 20 mit Energie geladen werden, die von jedem des ersten Motors 50 und des zweiten Motors regeneriert wird. Die durch den zweiten Motor 60 regenerierte Energie kann an die Hochspannungsbatterie 20 durch den zweiten Wechselrichter 40 übertragen werden und die von dem ersten Motor 50 regenerierte Energie kann an die Hochspannungsbatterie über den ersten Wechselrichter 30 und dem bidirektionalen DC/DC-Wandler 70 übertragen werden.
6 stellt einen Modus dar, in dem die Leistung der Hochspannungsbatterie 20 an die BOP (Zubehör) übertragen wird. Insbesondere kann die von der Hochspannungsbatterie 20 entladene Leistung an die BOP über den bidirektionalen DC/DC-Wandler 70 übertragen werden, um die BOP zu betreiben. Wenn die Brennstoffzelle 10 eine Luftzufuhr oder dergleichen zur Leistungserzeugung beim Starten der Brennstoffzelle 10 benötigt, kann die BOP des Luftkompressors oder dergleichen unter Verwendung der Leistung der Hochspannungsbatterie 20 betrieben werden.
Demzufolge kann ein Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellenfahrzeugsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Antriebsräder des Brennstoffzellenfahrzeugs auf der Grundlage des Antriebszustandes des Brennstoffzellenfahrzeugs in einem beliebigen aus dem EV-Modus, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug durch die Leistung der Hochspannungsbatterie 20 angetrieben wird, dem Nur-FC-Modus, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug durch die Leistung der Brennstoffzelle 10 angetrieben wird, und dem Hochleistungsmodus, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug unter Verwendung sowohl der Leistung der Hochspannungsbatterie 20 als auch der Leistung der Brennstoffzelle 10 angetrieben wird, betreiben.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Brennstoffzellenfahrzeugs Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das nachfolgend beschriebene Verfahren kann durch eine Steuerung (Controller - A) ausgeführt werden. Unter Bezugnahme auf 7 kann das Brennstoffzellenfahrzeugsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfassen ein Feststellen eines Fehlerzustandes des Brennstoffzellenfahrzeugs Systems (S100); und Betreiben der Antriebsräder des Brennstoffzellenfahrzeugs in dem ausgewählten Antriebsmodus auf der Grundlage der festgestellten Fehlerbedingung (S210, S220, S230, S240 und S300).
Mit anderen Worten kann das Verfahren die Fehlerbedingung des Brennstoffzellenfahrzeugsystems feststellen, um ein Brennstoffzellenfahrzeug zum Eintreten in einen störungssicheren Modus (Fail-safe-Modus) zu steuern, da eine gefährliche Situation verursacht werden kann, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug nicht in der Lage ist, aufgrund des Ausfalls von irgendwelchen Komponenten des Systems plötzlich betrieben zu werden. Insbesondere kann in dem Feststellen des Fehlerzustandes des Brennstoffzellenfahrzeugsystems (S100) bestimmt werden, ob die Brennstoffzelle und die Hochspannungsbatterie Leistung liefern können, und es kann bestimmt werden, ob der erste Motor oder der zweite Motor ein Antriebsmoment zuführen können. Der Ausfall des ersten Wechselrichters oder des zweiten Wechselrichters kann ebenfalls festgestellt werden.
Insbesondere kann der Ausfall der Hochspannungsbatterie auch den Fall umfassen, in dem die Leistung aufgrund der Situationen, in denen der SOC einer Hochspannungsbatterie unzureichend ist oder sich die Temperatur nicht auf einem geeigneten Niveau befindet, vorübergehend nicht zugeführt werden kann. In dem Feststellen des Fehlerzustandes des Brennstoffzellenfahrzeugsystems (S100) kann das Brennstoffzellenfahrzeug in einem normalen Antriebsmodus (S300) betrieben werden, wenn in den Komponenten des Systems kein Fehler erfasst wird. Das Brennstoffzellenfahrzeug kann in einem geeigneten Antriebsmodus auf der Grundlage des oben beschriebenen Antriebszustandes betrieben werden.
Wenn ein Ausfall der Brennstoffzelle erfasst wird (S110), kann das Antriebsrad in dem Antriebsmodus betrieben werden, in dem der erste Motor oder der zweite Motor mit der Leistung der Hochspannungsbatterie angetrieben wird (S220). Mit anderen Worten kann das Brennstoffzellenfahrzeug in den EV-Modus eintreten, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug mit der Leistung der Hochspannungsbatterie angetrieben wird, wenn die Brennstoffzelle zum Erzeugen von Leistung nicht in der Lage ist. Das Antriebsrad kann in dem Antriebsmodus betrieben werden, in dem der erste Motor oder der zweite Motor mit der Leistung der Hochspannungsbatterie angetrieben wird. Obwohl die Leistung der Hochspannungsbatterie an den ersten Wechselrichter durch Umgehen durch den bidirektionalen DC/DC-Wandler zum Antreiben des ersten Motors zugeführt werden kann, kann die Leistung der Hochspannungsbatterie direkt an den zweiten Wechselrichter unter Berücksichtigung des Verlustes aufgrund des Umwandelns zugeführt werden, um den zweiten Motor anzutreiben.
8 zeigt ein Diagramm, das einen Antriebsmodus darstellt, wenn eine Brennstoffzelle und ein zweiter Motor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausfallen. Unter Bezugnahme auf 8 kann in dem Betreiben des Antriebsrades des Brennstoffzellenfahrzeugs (S210) der bidirektionale DC/DC-Wandler betrieben werden, um die Leistung der Hochspannungsbatterie an den ersten Busanschluss zuzuführen, um somit das Antriebsrad in dem Antriebsmodus zu betreiben, in dem der erste Motor angetrieben wird, wenn ein Ausfall des zweiten Motors auch erfasst wird (S130).
Wenn demzufolge die Brennstoffzelle und der zweite Motor gleichzeitig ausfallen, kann die Leistung der Hochspannungsbatterie an den ersten Motor zugeführt werden, um das Antriebsrad in einem Notfall-Betriebsmodus zu betreiben, in dem das Antriebsrad mit dem ersten Motor angetrieben wird. Selbst wenn die Brennstoffzelle und der zweite Motor zur gleichen Zeit ausfallen, kann dementsprechend ein Notbetrieb zum Bewegen des Brennstoffzellenfahrzeugs an einen sicheren Ort ausgeführt werden.
Wenn ferner ein Ausfall bzw. Fehler der Hochspannungsbatterie in dem Feststellen des Fehlers erfasst wird (S120), kann in dem Betreiben des Antriebsrades des Brennstoffzellenfahrzeugs (S240) das Antriebsrad in dem Antriebsmodus betrieben werden, in dem der erste Motor oder der zweite Motor mit der Leistung der Brennstoffzelle angetrieben wird. Mit anderen Worten kann, wenn die Leistung nicht von der Hochspannungsbatterie zugeführt werden kann, der erste Motor oder der zweite Motor unter Verwendung der Leistung der Brennstoffzelle angetrieben werden. Obwohl die Leistung der Brennstoffzelle an den zweiten Wechselrichter zugeführt werden kann, indem sie den bidirektionalen DC/DC-Wandler zum Antreiben des zweiten Motors durchläuft, kann jedoch die Leistung der Brennstoffzelle direkt an den ersten Wechselrichter unter Berücksichtigung des Verlustes aufgrund des Umwandelns zum Antreiben des ersten Motors zugeführt werden.
9A und 9B zeigen Diagramme, die einen Antriebsmodus darstellen, wenn eine Hochspannungsbatterie und ein erster Motor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausfallen. Unter Bezugnahme auf 9A und 9B kann, wenn bei der Diagnose des Fehlers festgestellt wird, dass der erste Motor ebenfalls ausgefallen ist (S140), in dem Betreiben des Antriebsrades des Brennstoffzellenfahrzeugs (S230) der bidirektionale DC/DC-Wandler betrieben werden, um die Leistung des ersten Busanschlusses an den zweiten Wechselrichter zuzuführen, wodurch der zweite Motor angetrieben wird.
Da die Hochspannungsbatterie ausgefallen ist, kann die Leistung nicht von der Hochspannungsbatterie zugeführt werden, selbst wenn die Leistung an die Hochspannungsbatterie zugeführt wird, indem sie den bidirektionalen DC/DC-Wandler durchläuft. Wie in 9A gezeigt, kann dementsprechend ein erster Schalter 110 betrieben werden, um die an den ersten Wechselrichter übertragene Leistung mit dem zweiten Wechselrichter durch das erste Relais direkt zu verbinden. Da die Leistung des ersten Wechselrichters eine Spannung aufweist, die geringer als die Spannung der Leistung des zweiten Wechselrichters ist, kann die Leistung des ersten Wechselrichters an den zweiten Wechselrichter zugeführt werden, aber die Zufuhr der Leistung des zweiten Wechselrichters mit einer größeren Spannung an den ersten Wechselrichter kann zusätzlich einen Ausfall von Komponenten verursachen.
Wie in 9 B gezeigt, kann der zweite Schalter 210 alternativ derart betrieben werden, so dass die durch den bidirektionalen DC/DC-Wandler hindurchgehende Leistung die Hochspannungsbatterie umgeht, um an den zweiten Wechselrichter über das zweite Relais, das die Leistung direkt an den zweiten Wechselrichter überträgt, zugeführt zu werden. Wenn demzufolge die Hochspannungsbatterie und der erste Motor zur gleichen Zeit ausfallen, kann die Leistung der Brennstoffzelle an den zweiten Motor zugeführt werden, um das Antriebsrad in dem Notfall-Betriebsmodus zu betreiben, in dem das Antriebsrad mit dem zweiten Motor angetrieben wird. Selbst wenn die Hochspannungsbatterie und der erste Motor zur gleichen Zeit ausfallen, kann dementsprechend ein Notbetrieb zum Ermöglichen einer Bewegung zu einem sicheren Ort ausgeführt werden.
Als Referenz wird nicht angenommen, dass die Brennstoffzelle und die Hochspannungsbatterie zur gleichen Zeit ausfallen oder der erste und der zweite Motor zur gleichen Zeit ausfallen. In einem solchen Fall kann der Fehler durch die Notbetriebssteuerung der vorliegenden Erfindung nicht behoben werden, und demzufolge kann eine andere Notbetriebssteuerung separat vorgesehen werden.
10A und 10B zeigen Vergleichsdiagramme des bestehenden Brennstoffzellenfahrzeugsystems mit dem Brennstoffzellenfahrzeugsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 10A und 10B wird angenommen, dass eine Ausgangsleistung von 300 [kW] auf die gleiche Weise erzeugt wird. Insbesondere wird angenommen, dass die Brennstoffzelle eine Ausgangsleistung von 100 [kW] liefert, die Hochspannungsbatterie eine Ausgangsleistung von 200 [kW] liefert und die BOP 10 [kW] verbraucht.
10A zeigt das bestehende Brennstoffzellenfahrzeugsystem, in dem das Brennstoffzellensystem eingerichtet sein kann, um 90 [kW] zu liefern, indem ermöglicht wird, dass die Brennstoffzelle eine Ausgangsleistung von 100 [kW] liefert und die BOP 10 [kW] verbraucht, und kann eingerichtet sein, um 190 [kW] zu liefern, indem ermöglicht wird, dass die Hochspannungsbatterie eine Ausgangsleistung von 200 [kW] liefert und der bidirektionale DC/DC-Wandler ungefähr 10 [kW] aufgrund des Umwandelns verbraucht. Demzufolge kann gemäß dem bestehenden Brennstoffzellenfahrzeugsystem, selbst wenn die gesamte Ausgangsleistung 300 [kW] beträgt, die Leistung, die an den mit dem Motor verbundenen Wechselrichter zugeführt wird, 280 [kW] betragen, und somit kann das Antriebsrad das Antriebsdrehmoment bereitstellen, das 280 [kW] entspricht.
10B stellt das Brennstoffzellenfahrzeugsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Das Brennstoffzellenfahrzeugsystem kann eingerichtet sein um 90 [kW] an den ersten Wechselrichter zu liefern, indem ermöglicht wird, dass die Brennstoffzelle eine Ausgangsleistung von 100 [kW] liefert und die BOP 10 [kW] verbraucht, und eine Ausgangsleistung von 200 [kW] von der Hochspannungsbatterie an den zweiten Wechselrichter liefert. Demzufolge beträgt gemäß dem Brennstoffzellenfahrzeugsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wenn eine Gesamtsumme von 300 [kW] abgegeben wird, die Leistung, die an den ersten Wechselrichter und den zweiten Wechselrichter zugeführt wird, die mit dem ersten Motor beziehungsweise dem zweiten Motor verbunden sind, insgesamt 290 [kW] und somit kann das Antriebsrad ein Antriebsdrehmoment bereitstellen, dass einer Gesamtsumme von 290 [kW] entspricht. Mit anderen Worten kann die Leistung, die verloren geht, reduziert werden und die Antriebseffizienz kann demzufolge erhöht werden, da das Umwandeln nicht unter Verwendung des bidirektionalen DC/DC-Wandlers in dem normalen Antriebsmodus ausgeführt wird.
Gemäß dem Brennstoffzellenfahrzeugsystem und dem Verfahren zum Steuern desselben der vorliegenden Erfindung können die Brennstoffzelle und die Hochspannungsbatterie unabhängig ohne die Leistungsumwandlung des bidirektionalen Wandlers verwendet werden, wodurch die Antriebseffizienz erhöht wird. Da die erforderliche Leistungsumwandlungskapazität des bidirektionalen Wandlers minimal ist und demzufolge der kleinformatige bidirektionale Wandler ausreichend ist, kann dies darüber hinaus vorteilhaft in Hinblick auf eine Auslegung und die Kostenreduzierung sein. Wenn die Brennstoffzelle, die Hochspannungsbatterie, der erste Motor oder der zweite Motor ausfallen, kann der Ausfallsicherungsmodus verbessert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise modifiziert und verändert werden kann, ohne von der Lehre und dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen wie dies durch die folgenden Ansprüche festgelegt ist.

Claims

Brennstoffzellenfahrzeugsystem, aufweisend: eine Brennstoffzelle; einen ersten Motor, der mit der Brennstoffzelle über einen ersten Busanschluss verbunden ist und durch von der Brennstoffzelle zugeführter Leistung angetrieben wird und eingerichtet ist, um Leistung an die Antriebsräder des Fahrzeugs zu liefern; eine Hochspannungsbatterie, die eingerichtet ist, um Leistung durch Laden oder Entladen zu speichern oder zuzuführen; und einen zweiten Motor, der mit der Hochspannungsbatterie über einen zweiten Busanschluss verbunden ist und durch von der Hochspannungsbatterie zugeführter Leistung angetrieben wird und eingerichtet ist, um Leistung an die Antriebsräder des Fahrzeugs zu liefern.
Brennstoffzellenfahrzeugsystem nach Anspruch 1, wobei der erste Motor eingerichtet ist, um Leistung an eine erste Gruppe der Antriebsräder des Fahrzeugs bereitzustellen, und der zweite Motor eingerichtet ist, um Leistung an eine zweite Gruppe der Antriebsräder des Fahrzeugs bereitzustellen.
Brennstoffzellenfahrzeugsystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen bidirektionalen Gleichstrom-Gleichstrom- (direct current-direct current - DC/DC) Wandler, der zwischen dem ersten Busanschluss und der Hochspannungsbatterie angeordnet ist; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um den bidirektionalen DC/DC-Wandler zu betreiben, um eine Leistungsübertragung zwischen dem ersten Busanschluss und der Hochspannungsbatterie einzustellen.
Brennstoffzellenfahrzeugsystem nach Anspruch 3, ferner aufweisend: einen ersten Wechselrichter, der zwischen der Brennstoffzelle und dem ersten Motor angeordnet ist und eingerichtet ist, um die Leistung des ersten Busanschlusses zu invertieren und um die invertierte Leistung an den ersten Motor zuzuführen; und einen zweiten Wechselrichter, der zwischen der Hochspannungsbatterie und dem zweiten Motor angeordnet ist und eingerichtet ist, um die Leistung des zweiten Busanschlusses zu invertieren und um die invertierte Leistung an den zweiten Motor zuzuführen.
Brennstoffzellenfahrzeugsystem nach Anspruch 4, ferner aufweisend: ein erstes Relais, das direkt zwischen dem ersten Wechselrichter und dem zweiten Wechselrichter geschaltet ist, um die Leistung des ersten Wechselrichters an den zweiten Wechselrichter zu übertragen, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um einen ersten Schalter des ersten Relais zu betreiben, um die Leistung von dem ersten Wechselrichter an den zweiten Wechselrichter zu übertragen oder zu unterbrechen.
Brennstoffzellenfahrzeugsystem nach Anspruch 4, ferner aufweisend: ein zweites Relais, das eingerichtet ist, um Leistung von dem bidirektionalen DC/DC-Wandler an den zweiten Wechselrichter direkt zu übertragen, indem ermöglicht wird, dass die Leistung die Hochspannungsbatterie umgeht, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um einen zweiten Schalter des zweiten Relais zu betreiben, um die Leistung von dem bidirektionalen DC/DC-Wandler zu dem zweiten Wechselrichter zu übertragen oder zu unterbrechen.
Brennstoffzellenfahrzeugsystem nach Anspruch 3, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um die Antriebsräder des Brennstoffzellenfahrzeugs auf der Grundlage eines Fahrzustandes des Brennstoffzellenfahrzeuges je nach Bedarf in einem Elektrofahrzeug-(electric vehicle - EV) Modus, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug durch die Leistung der Hochspannungsbatterie betrieben wird, einem Nur-Brennstoffzellen- (fuel cell - FC) Modus, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug durch die Leistung der Brennstoffzelle betrieben wird, und einem Hochleistungsmodus, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug unter Verwendung sowohl der Leistung der Hochspannungsbatterie als auch der Leistung der Brennstoffzelle betrieben wird, anzutreiben.
Brennstoffzellenfahrzeugsystem nach Anspruch 3, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um den bidirektionalen DC/DC-Wandler auf der Grundlage eines Fahrzustandes des Brennstoffzellenfahrzeugs zu betreiben, um die Leistung des ersten Busanschlusses an die Hochspannungsbatterie zu übertragen oder um die Leistung der Hochspannungsbatterie an den ersten Busanschluss zu übertragen.
Brennstoffzellenfahrzeugsystem nach Anspruch 8, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um den bidirektionalen DC/DC-Wandler zu betreiben, um eine mit dem ersten Busanschluss verbundene Zugriffsvorrichtung mit der Leistung der Hochspannungsbatterie zu betreiben, um die Leistung der Hochspannungsbatterie an den ersten Busanschluss zu übertragen, wenn die Brennstoffzelle startet.
Brennstoffzellenfahrzeugsystem nach Anspruch 8, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um den bidirektionalen DC/DC Wandler zu betreiben, um von dem ersten Motor regenerierte Energie an die Hochspannungsbatterie zuzuführen, um die Leistung des ersten Busanschlusses an die Hochspannungsbatterie beim regenerativen Bremsen zu übertragen.
Brennstoffzellenfahrzeugsystem nach Anspruch 8, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um den bidirektionalen DC/DC Wandler zu betreiben, um die Hochspannungsbatterie mit der von der Brennstoffzelle zugeführten Leistung zu laden, um die Leistung des ersten Busanschlusses an die Hochspannungsbatterie zu übertragen, wenn die Brennstoffzelle betrieben wird.
Verfahren zum Steuern des Brennstoffzellenfahrzeugsystems nach Anspruch 1, aufweisend: Betreiben, durch eine Steuerung, des Antriebsrads des Brennstoffzellenfahrzeugs auf der Grundlage eines Fahrzustandes des Brennstoffzellenfahrzeuges je nach Bedarf in einem Elektrofahrzeug- (EV) Modus, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug durch die Leistung der Hochspannungsbatterie betrieben wird, einem Nur-Brennstoffzellen- (FC) Modus, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug durch die Leistung der Brennstoffzelle betrieben wird, und einem Hochleistungsmodus, in dem das Brennstoffzellenfahrzeug unter Verwendung sowohl der Leistung der Hochspannungsbatterie als auch der Leistung der Brennstoffzelle betrieben wird.
Verfahren zum Steuern des Brennstoffzellenfahrzeugsystems nach Anspruch 3, aufweisend: Feststellen, durch die Steuerung, eines Fehlerzustandes des Brennstoffzellenfahrzeugsystems; und Betreiben, durch die Steuerung, des Antriebsrads des Brennstoffzellenfahrzeugs in einem Antriebsmodus, der auf der Grundlage des festgestellten Fehlerzustandes ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei, wenn festgestellt wird, dass die Brennstoffzelle ausgefallen ist, das Antriebsrad in einem Antriebsmodus betrieben wird, in dem ein erster Motor oder ein zweiter Motor mit der Leistung der Hochspannungsbatterie angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei, wenn festgestellt wird, dass der zweite Motor ausgefallen ist, der bidirektionale DC/DC Wandler betrieben wird, um die Leistung der Hochspannungsbatterie an einen ersten Busanschluss zuzuführen, um das Antriebsrad in einem Antriebsmodus zu betreiben, in dem der erste Motor angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei, wenn festgestellt wird, dass die Hochspannungsbatterie ausgefallen ist, das Antriebsrad in einem Antriebsmodus betrieben wird, in dem der erste Motor oder der zweite Motor mit der Leistung der Brennstoffzelle angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei, wenn festgestellt wird, dass der erste Motor ausgefallen ist, der bidirektionale DC/DC Wandler betrieben wird, um die Leistung des ersten Busanschlusses an den zweiten Wechselrichter zuzuführen, um den zweiten Motor anzutreiben.