DE102022119321A1 - Brennstoffzellenfahrzeug - Google Patents

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Yoshiaki Naganuma
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Toyota Motor Corp
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Abstract

Ein Brennstoffzellenfahrzeug (2) kann umfassen: eine Brennstoffzelleneinheit (10); eine Batterieeinheit (3), welche zu einem Ausgangsanschluss (10a) der Brennstoffzelleneinheit (10) parallel geschaltet ist; einen Antriebsmotor (6), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser durch elektrische Leistung angetrieben wird, die von der Brennstoffzelleneinheit (10) und/oder der Batterieeinheit (3) zugeführt wird; und einen Controller (20), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser die Brennstoffzelleneinheit (10) so steuert, dass eine von der Brennstoffzelleneinheit (10) ausgegebene BZ-Spannung auf einer Leerlaufspannung gehalten wird, welche höher als null und niedriger als eine von der Batterieeinheit (3) ausgegebene Batteriespannung ist, während das Antreiben des Antriebsmotors (6) unterbunden ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die hierin offenbarte Technologie betrifft ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Brennstoffzelleneinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese elektrische Leistung zu einem Antriebsmotor führt.
  • Hintergrund
  • Es ist bekannt, dass sich ein Brennstoffzellenstapel einer Brennstoffzelleneinheit durch wiederholtes Einschalten und Ausschalten verschlechtert ( JP 2020 - 181 757 A , JP 2014 - 50 240 A ). Um das Voranschreiten der Verschlechterung zu verlangsamen, betreibt ein in der JP 2020 - 181 757 A beschriebenes Brennstoffzellensystem einen Brennstoffzellenstapel für eine vorbestimmte Zeitdauer, nachdem ein Hauptschalter eines Fahrzeugs von An auf Aus geschaltet wird. Ein in der JP 2014 - 50 240 A beschriebenes Fahrzeug hält eine Spannung seiner Brennstoffzelle aufrecht, wenn ein Ort, an dem das Fahrzeug von An auf Aus geschaltet wird, kein vorbestimmter Ort ist.
  • Ferner umfasst das in der JP 2020 - 181 757 A beschriebene Brennstoffzellensystem eine Batterie, und die Batterie ist mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden. Wenn ein Betrag einer verbleibenden Ladung in der Batterie gering ist, wird die Batterie unter Verwendung des Brennstoffzellenstapels aufgeladen. Wenn die Batterie vollständig geladen ist, wird der Brennstoffzellenstapel gestoppt.
  • Kurzfassung
  • Bei dem in der JP 2020 - 181 757 A beschriebenen Brennstoffzellensystem wird die Brennstoffzelle gestoppt, wenn die Batterie vollständig geladen ist. Die in der JP 2014 - 50 240 A beschriebene Technologie berücksichtigt keine mit der Brennstoffzelle parallel geschaltete Batterie. Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Brennstoffzellenfahrzeug, bei dem eine Brennstoffzelle (Brennstoffzelleneinheit) und eine Batterie (Batterieeinheit) parallel geschaltet sind, und stellt eine Technologie bereit, die in der Lage ist, eine Verschlechterung der Brennstoffzelleneinheit im Vergleich zu herkömmlichen Techniken zu vermindern.
  • Das hierin offenbarte Brennstoffzellenfahrzeug weist eine Brennstoffzelleneinheit, eine Batterieeinheit, einen Antriebsmotor und einen Controller auf. Ein Ausgangsanschluss der Batterieeinheit ist zu einem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelleneinheit parallel geschaltet. Der Antriebsmotor ist derart konfiguriert, dass dieser durch elektrische Leistung angetrieben wird, die von der Brennstoffzelleneinheit und/oder der Batterieeinheit zugeführt wird. Der Controller ist derart konfiguriert, dass dieser die Brennstoffzelleneinheit so steuert, dass eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelleneinheit (BZ-Spannung) auf einer vorbestimmten Leerlaufspannung gehalten wird, welche höher als null und niedriger als eine Ausgangsspannung der Batterieeinheit (Batteriespannung) ist, während ein Antreiben des Antriebsmotors unterbunden ist. Der Zustand, in dem das Antreiben des Antriebsmotors unterbunden ist, kann beispielsweise einem Zustand entsprechen, in dem ein Wechselrichter, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser elektrische Leistung der Brennstoffzelleneinheit oder der Batterieeinheit in elektrische Leistung zum Antreiben des Antriebsmotors umwandelt, gestoppt ist, oder einem Zustand entsprechen, indem der Antriebsmotor oder Antriebsräder verriegelt ist/sind.
  • Da die Leerlaufspannung niedriger ist als die Batteriespannung, wird von der Brennstoffzelleneinheit kein elektrischer Strom ausgegeben, wenn die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung gehalten wird. Bei dem hierin offenbarten Brennstoffzellenfahrzeug wird, während das Antreiben des Antriebsmotors unterbunden ist, kein elektrischer Strom von der Brennstoffzelleneinheit ausgegeben, sondern die BZ-Spannung wird auf der Leerlaufspannung gehalten. Selbst wenn die Brennstoffzelleneinheit und die Batterieeinheit parallel geschaltet sind, wird die Brennstoffzelleneinheit nicht gestoppt. Somit kann eine Verschlechterung des Brennstoffzellenstapels der Brennstoffzelleneinheit vermindert werden.
  • Der Controller kann derart konfiguriert sein, dass dieser die Brennstoffzelleneinheit so steuert, dass die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung gehalten wird, während das Antreiben des Antriebsmotors unterbunden ist und sich ein Fernbedienungsschlüssel des Brennstoffzellenfahrzeugs außerhalb des Brennstoffzellenfahrzeugs befindet. Es ist unwahrscheinlich, dass ein Nutzer das Brennstoffzellenfahrzeug fährt, während sich der Fernbedienungsschlüssel außerhalb des Fahrzeugs befindet. In einer solchen Situation beseitigt das Halten der BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung einen unnötigen Kraftstoffverbrauch.
  • In einem Fall, in dem ein Betrag einer verbleibenden Ladung in der Batterieeinheit niedriger ist als eine untere Ladeschwelle, während das Antreiben des Antriebsmotors unterbunden ist, kann der Controller derart konfiguriert sein, dass dieser die Brennstoffzelleneinheit so steuert, dass die BZ-Spannung die Batteriespannung überschreitet, bis der Betrag der verbleibenden Ladung in der Batterieeinheit eine vorbestimmte obere Ladeschwelle erreicht. Durch Erhöhen der BZ-Spannung, wenn der Betrag der verbleibenden Ladung in der Batterieeinheit gering ist, kann die Batterieeinheit unter Verwendung der Brennstoffzelleneinheit geladen werden. Dieser Prozess ist insbesondere nützlich, wenn eine oder mehrere andere elektrische Vorrichtungen, welche elektrische Leistung verbraucht/verbrauchen, mit der Batterieeinheit verbunden ist/sind.
  • Details der hierin offenbarten Technologie und weitere Entwicklungen sind in der „detaillierten Beschreibung“ beschrieben.
  • Figurenliste
    • 1 stellt ein Blockdiagramm eines elektrischen Systems eines Brennstoffzellenfahrzeugs einer Ausführungsform dar.
    • 2 stellt ein Flussdiagramm einer BZ-Einheit-Steuerung dar.
    • 3 stellt das Flussdiagramm der BZ-Einheit-Steuerung dar (Fortsetzung von 2).
    • 4 stellt ein Flussdiagramm einer BZ-Einheit-Steuerung einer Variante dar.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Unter Bezugnahme auf die Abbildungen wird ein Brennstoffzellenfahrzeug 2 einer Ausführungsform beschrieben. Im Folgenden wird der Einfachheit der Erläuterung wegen eine „Brennstoffzelle“ als „BZ“ bezeichnet. 1 stellt ein Blockdiagramm eines elektrischen Systems des BZ-Fahrzeugs 2 (Brennstoffzellenfahrzeug 2) dar. Das BZ-Fahrzeug 2 umfasst eine BZ-Einheit 10, eine Batterieeinheit 3, einen Wechselrichter 5, einen Antriebsmotor 6 und einen Controller 20. Gestrichelte Linien in 1 geben Signalleitungen an.
  • Das BZ-Fahrzeug 2 ist derart konfiguriert, dass dieses unter Verwendung des Antriebsmotors 6 fährt. Ausgangsanschlüsse 10a der BZ-Einheit 10 und Ausgangsanschlüsse 3a der Batterieeinheit 3 sind zu DC-Anschlüssen 5a des Wechselrichters 5 parallel geschaltet. Der Antriebsmotor 6 ist mit AC-Anschlüssen 5b des Wechselrichters 5 verbunden. Der Wechselrichter 5 ist derart konfiguriert, dass dieser eine von der BZ-Einheit 10 und der Batterieeinheit 3 ausgegebene DC-Leistung in eine (AC)-Antriebsleistung für den Antriebsmotor 6 umwandelt. Der Wechselrichter wird durch den Controller 20 gesteuert. Der Antriebsmotor 6 umfasst eine Bremse 7, welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Rotation des Antriebsmotors 6 verhindert. Im Folgenden wird der Antriebsmotor 6 der Einfachheit der Erläuterung halber als ein Motor 6 bezeichnet.
  • Die Batterieeinheit 3 umfasst eine Batterie 3b und einen Spannungswandler 3c. Die Batterie 3b entspricht einer wieder aufladbaren Sekundärzelle und ist beispielsweise eine Lithiumionen-Batterie. Der Spannungswandler 3c besitzt eine Hochsetz- bzw. Erhöhungsfunktion zum Erhöhen einer Ausgangsspannung der Batterie 3b und zum Ausgeben selbiger zu den Ausgangsanschlüssen 3a, und eine Tiefsetzfunktion zum Verringern der auf die Ausgangsanschlüsse 3a aufgebrachten Spannung (Spannung einer durch den Motor 6 erzeugten regenerativen Leistung) und zum Ausgeben selbiger zu der Batterie 3b. Der Spannungswandler 3c entspricht einem bidirektionalen DC-DC-Wandler. Der Spannungswandler 3c wird durch den Controller 20 gesteuert. Die Ausgangsspannung des Spannungswandlers 3c entspricht der Ausgangsspannung der Batterieeinheit 3.
  • Die Ausgangsanschlüsse 3a der Batterieeinheit 3 sind über ein BT-Relais 4 mit den DC-Anschlüssen 5a des Wechselrichters 5 verbunden. Der Controller 20 schließt das BT-Relais 4, wenn ein Hauptschalter (nicht dargestellt) des BC-Fahrzeugs 2 angeschaltet ist, und verbindet die Ausgangsanschlüsse 3a der Batterieeinheit 3 mit den DC-Anschlüssen 5a des Wechselrichters 5. Das BT-Relais 4 kann zwischen der Batterie 3b und dem Spannungswandler 3c angeordnet sein.
  • Die BZ-Einheit 10 umfasst einen BZ-Stapel 11, einen Luftkompressor 15, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser Luft zu dem BZ-Stapel 11 führt, einen Wasserstofftank 13, einen Injektor 14, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser Wasserstoffgas in dem Wasserstofftank 13 zu dem BZ-Stapel 11 führt, und einen Aufwärtswandler bzw. Hochsetzsteller 12.
  • Die BZ-Einheit 10 wird von dem Controller 20 gesteuert. Der Controller 20 steuert den Luftkompressor 15 und den Injektor 14, um die Ausgabe des BZ-Stapels 11 anzupassen. Der Aufwärtswandler 12 ist zwischen Ausgangsanschlüssen des BZ-Stapels 11 und den Ausgangsanschlüssen 10a der BZ-Einheit 10 geschaltet. Der Aufwärtswandler 12 ist derart konfiguriert, dass dieser die Ausgangsspannung des BZ-Stapels 11 erhöht. Ein Spannungssensor 16 ist mit den Ausgangsanschlüssen des BZ-Stapels 11 verbunden, und ein Spannungssensor 17 ist mit den Ausgangsanschlüssen des Aufwärtswandlers 12 verbunden. Messwerte der Spannungssensoren 16, 17 werden zu dem Controller 20 übertragen. Der Controller 20 kann die Ausgangsspannung des BZ-Stapels 11 und die Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers 12 aus den Messwerten der Spannungssensoren 16, 17 erlernen. Die Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers 12 entspricht mit anderen Worten der Ausgangsspannung der BZ-Einheit 10.
  • Die Ausgangsanschlüsse 10a der BZ-Einheit 10 sind über ein BZ-Relais 21 mit den DC-Anschlüssen 5a des Wechselrichters 5 verbunden. Der Controller 20 schließt das BZ-Relais 21, wenn der Hauptschalter des BZ-Fahrzeugs 2 angeschaltet ist, und verbindet die Ausgangsanschlüsse 10a der BZ-Einheit 10 mit den DC-Anschlüssen 5a des Wechselrichters 5. Der Controller 20 öffnet das BZ-Relais 21, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist. Beispiele für die vorbestimmte Bedingung werden später beschrieben.
  • Ein Spannungswandler 40 und eine Hochspannungsvorrichtung 23 sind mit elektrischen Stromleitungen 8 verbunden, welche die Batterieeinheit 3, den Wechselrichter 5 und die BZ-Einheit 10 verbinden. Die Hochspannungsvorrichtung 23 entspricht beispielsweise einer Klimaanlage, welche eine Temperatur in einer Fahrgastzelle konditioniert. Der Spannungswandler 40 ist derart konfiguriert, dass dieser die Ausgangsspannung der Batterieeinheit 3 oder die Ausgangsspannung der BZ-Einheit 10 verringert, um eine Sub-Batterie 41 zu laden. Eine oder mehrere Niedrigleistungsvorrichtungen 42, wie ein Radio, sind mit der Sub-Batterie 41 verbunden.
  • Wenn das BZ-Fahrzeug 2 fährt, bestimmt der Controller 20 basierend auf einer Position eines Gaspedals und einer Fahrzeuggeschwindigkeit eine elektrische Soll-Leistung für den Motor 6. Der Controller 20 steuert die BZ-Einheit 10, um die elektrische Ausgangsleistung der BZ-Einheit 10 mit der elektrischen Soll-Leistung in Übereinstimmung zu bringen. Der Controller 20 steuert ferner den Aufwärtswandler 12 und/oder den Spannungswandler 3c, so dass die Ausgangsspannung der BZ-Einheit 10 die Ausgangsspannung der Batterieeinheit 3 überschreitet. Der Controller 20 bestimmt eine Soll-Spannung für die DC-Anschlüsse 5a des Wechselrichters 5 aus der elektrischen soll-Leistung des Motors 6. Der Controller 20 steuert den Aufwärtswandler 12, um die Ausgangsspannung der BZ-Einheit 10 mit der Soll-Spannung für die DC-Anschlüsse 5a in Übereinstimmung zu bringen, und steuert den Spannungswandler 3c, so dass die Ausgangsspannung der Batterieeinheit 3 geringfügig niedriger wird als die Soll-Spannung.
  • Der Controller 20 steuert einen Indikator 24. Der Indikator 24 entspricht einer Warnleuchte, welche auf einem Körper oder in der Fahrgastzelle des BZ-Fahrzeugs 2 angeordnet ist. Der Controller 20 ist außerdem derart konfiguriert, dass dieser mit einem Remote- bzw. Fernbedienungsschlüssel 31 des BZ-Fahrzeugs 2 und einer Endgerätvorrichtung 32, welche sich im Besitz des Nutzers befindet, kommuniziert. Der Indikator 24, der Fernbedienungsschlüssel 31 und die Endgerätvorrichtung 32 werden später beschrieben.
  • Im Folgenden wird der Einfachheit der Erläuterung halber die Ausgangsspannung der BZ-Einheit 10 als eine BZ-Spannung bezeichnet, und die Ausgangsspannung der Batterieeinheit 3 wird als eine Batteriespannung bezeichnet.
  • Wenn die BZ-Spannung höher ist als die Batteriespannung, wird elektrische Leistung der BZ-Einheit 10 (elektrische Leistung des BZ-Stapels 11) zu dem Wechselrichter 5 (Motor 6) geführt, und die elektrische Leistung der Batterieeinheit 3 wird nicht zu dem Wechselrichter 5 (Motor 6) geführt. Ferner wird die Batterieeinheit 3 (Batterie 3b) unter Verwendung eines Teils der Ausgangsleistung der BZ-Einheit 10 geladen, wenn die Batterieeinheit 3 (Batterie 3b) nicht vollständig geladen ist.
  • Es ist bekannt, dass sich der BZ-Stapel 11 durch häufige Wiederholung von Aktivierung und Stopp verschlechtert. Ferner verschlechtert sich der BZ-Stapel 11, wenn er weiterhin elektrischen Strom bei einer niedrigen Spannung ausgibt, ebenfalls. Dies liegt zum Teil daran, dass Schwankungen in der Sauerstoffkonzentration in einer Mehrzahl von Einzelzellen, die der BZ-Stapel 11 umfasst, auftreten und diese Schwankungen wiederum Schwankungen der Ausgangsspannungen der Mehrzahl von Einzelzellen verursachen. Das BZ-Fahrzeug 2 kann eine solche Verschlechterung abmildern, indem die Häufigkeit von Aktivierung und Stopp des BZ-Stapels 11 verringert wird und ferner ein „Niedrigstrom-Ausgabezustand“ so weit wie möglich vermieden wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, gibt der BZ-Stapel 11 die für den Motor 6 erforderliche elektrische Leistung aus, wenn der Motor 6 angetrieben wird. Wenn das Antreiben des Motors 6 untersagt ist, steuert der Controller 20 die BZ-Einheit 10, um die BZ-Spannung auf einer Leerlaufspannung zu halten.
  • Beispielfälle, in denen das Antreiben des Motors 6 untersagt ist, umfassen einen Fall, in dem der Wechselrichter 5 gestoppt ist, einen Fall, in dem der Motor 6 verriegelt ist, und dergleichen. Der Motor 6 ist verriegelt, wenn sich ein Schalthebel (nicht dargestellt) in einer P (Park)-Position befindet, wenn eine Parkbremse angewendet bzw. betätigt wird, wenn ein Bremspedal gedrückt wird, und dergleichen. Wenn sich der Schalthebel in der P-Position befindet und außerdem die Parkbremse angewendet wird, wird die zur Verriegelung des Motors 6 konfigurierte Bremse 7 betätigt und das Antreiben des Motors 6 wird verhindert.
  • Die Leerlaufspannung ist auf einen Wert eingestellt, der niedriger als die Batteriespannung und größer oder gleich einem Wert ist, welcher durch Multiplizieren einer minimalen Ausgangsspannung der Einzelzelle in dem BZ-Stapel 11 mit der Anzahl der Einzelzellen in dem BZ-Stapel 11 definiert ist. Da die Leerlaufspannung niedriger ist als die Batteriespannung, wird die elektrische Leistung (elektrischer Strom) von dem BZ-Stapel 11 nicht ausgegeben, während die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung gehalten wird. Daher findet in dem BZ-Stapel 11 keine Reaktion statt. Wenn die Reaktion in dem BZ-Stapel 11 nicht stattfindet und die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung gehalten wird, nähern sich die Spannungen der Mehrzahl von Einzelzellen der minimalen Ausgangsspannung an und werden auf der minimalen Ausgangsspannung vereinheitlicht. Da die Sauerstoffkonzentrationen (und Wasserstoffkonzentrationen) der Mehrzahl von Einzelzellen vereinheitlicht werden, kann die Verschlechterung abgeschwächt werden.
  • Auch wenn die Reaktion in dem BZ-Stapel 11 nicht stattfindet, gehen das Wasserstoffgas und das Sauerstoffgas in dem BZ-Stapel 11 allmählich verloren. Wenn das Wasserstoffgas und das Sauerstoffgas in dem BZ-Stapel 11 allmählich verloren gehen, nimmt die BZ-Spannung ab. Der Controller 20 passt die Konzentrationen des Wasserstoffgases und des Sauerstoffgases in dem BZ-Stapel 11 an, um die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung zu halten. Mit anderen Worten, der Controller 20 steuert die BZ-Einheit 10 so, um die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung zu halten.
  • Während die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung gehalten wird, gibt der BZ-Stapel 11 keinen elektrischen Strom aus, ist jedoch nicht gestoppt (die BZ-Einheit 10 wird betrieben, um die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung zu halten). Aufgrund der vorstehenden Prozesse durch den Controller 20 kann die Häufigkeit von Aktivierung und Stopp der BZ-Einheit 10 (BZ-Stapel 11) niedrig gehalten werden.
  • Ferner gibt der BZ-Stapel 11 keinen elektrischen Strom aus, während die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung gehalten wird. Aufgrund der vorstehenden Prozesse durch den Controller 20 kann verhindert werden, dass der BZ-Stapel 11 in den Niedrigstrom-Ausgabezustand eintritt.
  • Wie vorstehend beschrieben, sind einige andere elektrische Vorrichtungen (beispielsweise die Hochspannungsvorrichtung 23 und der Spannungswandler 40) als der Wechselrichter 5 (Motor 6) mit den Stromleitungen 8 verbunden. Wenn diese Vorrichtungen betrieben werden, wird elektrische Leistung der Batterieeinheit 3 verbraucht, auch wenn der Wechselrichter 5 (Motor 6) nicht betrieben wird. Wenn ein Betrag einer verbleibenden Ladung in der Batterieeinheit 3 niedrig wird, können die Hochspannungsvorrichtung 23 (beispielsweise die Klimaanlage) und/oder der Spannungswandler 40 nicht betrieben werden. Um dies zu adressieren, steuert der Controller 20 in einem Fall, in dem der Betrag der verbleibenden Ladung in der Batterieeinheit 3 (Batterie 3b) niedriger ist als eine vorbestimmte untere Ladeschwelle, obwohl das Antreiben des Motors 6 verhindert ist, die BZ-Einheit 10 so, dass die BZ-Spannung die Batteriespannung überschreitet, bis der Betrag der verbleibenden Ladung eine vorbestimmte obere Ladeschwelle erreicht.
  • Der Controller 20 kann das BZ-Relais 21 öffnen und die Ausgangsanschlüsse 10a der BZ-Einheit 10 elektrisch von der Batterieeinheit 3 und dem Wechselrichter 5 (Motor 6) trennen, während die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung gehalten wird. Durch das Öffnen des BZ-Relais 21 kann sichergestellt werden, dass die Ausgabe der BZ-Einheit 10 (BZ-Stapel 11) stoppt.
  • Die von dem Controller 20 ausgeführte BZ-Einheit-Steuerung wird unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme in den 2 und 3 erläutert. Der Prozess von 2 wird gestartet, wenn das Antreiben des Motors 6 untersagt wird. Bevor der Prozess von 2 gestartet wird, werden das BT-Relais 4 und das BZ-Relais 21 geschlossen, und sowohl die Batterieeinheit 3 als auch die BZ-Einheit 10 werden mit dem Wechselrichter 5 (Motor 6) verbunden.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann der Controller 20 mit dem Fernbedienungsschlüssel 31 kommunizieren. Der Fernbedienungsschlüssel 31 entspricht einer Vorrichtung, welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Anweisung (eine Anweisung zum Schalten des Hauptschalters des BZ-Fahrzeugs 2 auf An und Aus) mit Funkwellen zu dem Controller 20 überträgt. Der Controller 20 überwacht, ob sich der Fernbedienungsschlüssel 31 innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs befindet, und falls erfasst wird, dass sich der Fernbedienungsschlüssel 31 innerhalb des Fahrzeugs befindet (Schritt S2: Nein), hält der Controller 20 den Prozess an. Dies liegt daran, da es hochwahrscheinlich ist, dass sich der Nutzer im Inneren des Fahrzeugs befindet, wenn sich der Fernbedienungsschlüssel 31 im Inneren des Fahrzeugs befindet, wobei es in dem Fall wahrscheinlich ist, dass ein Unterbinden des Antreibens des Motors 6 bald gelöst bzw. freigegeben (aufgehoben wird).
  • Wenn sich der Fernbedienungsschlüssel 31 außerhalb des Fahrzeugs befindet, ist es unwahrscheinlich, dass das Unterbinden des Antreibens des Motors 6 für eine Weile aufgehoben wird, und somit hält der Controller 20 in diesem Fall die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung, wie nachstehend beschrieben, und verhindert die Verschlechterung des BZ-Stapels 11.
  • Wenn erfasst wird, dass sich der Fernbedienungsschlüssel 31 außerhalb des Fahrzeugs befindet (Schritt S2: Ja), überprüft der Controller 20 den Betrag der verbleibenden Ladung in der Batterieeinheit 3 (Batterie 3b) (Schritt S3). Wenn der Betrag der verbleibenden Ladung in der Batterieeinheit 3 nicht niedriger als die untere Ladeschwelle ist, steuert der Controller 20 die BZ-Einheit 10 so, um die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung zu halten, und öffnet das BZ-Relais 21 (Schritt S3: Nein, S6, S7). Ferner schaltet der Controller 20 den Indikator 24 an (Schritt S8). Wie vorstehend beschrieben, entspricht der Indikator 24 einer auf dem Körper oder in der Fahrgastzelle des BZ-Fahrzeugs 2 angeordneten Warnleuchte. Der Indikator 24 entspricht einer Warnleuchte, welche den Nutzer darüber informiert, dass die BZ-Einheit 10 so gesteuert wird, um die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung zu halten. Wenn der Indikator 24 in der Fahrgastzelle angeordnet ist, ist der Indikator 24 an einer Position angeordnet, welche von außerhalb des Fahrzeugs visuell erkannt werden kann.
  • Wenn der Betrag der verbleibenden Ladung in der Batterieeinheit 3 bei Schritt S3 andererseits niedriger als die untere Ladeschwelle ist, steuert der Controller 20 die BZ-Einheit 10 so, dass die BZ-Spannung die Batteriespannung überschreitet (Schritt S3: Ja, S4). Wenn die BZ-Spannung die Batteriespannung überschreitet, strömt die elektrische Leistung von der BZ-Einheit 10 (BZ-Stapel 11) zu der Batterieeinheit 3, und die Batterieeinheit 3 wird geladen. Selbst wenn die Hochspannungsvorrichtung 23 und der Spannungswandler 40 die elektrische Leistung der Batterieeinheit 3 verbrauchen, wird die elektrische Leistung von dem BZ-Stapel 11 zu der Batterieeinheit 3 geführt, wodurch die elektrische Leistung der Batterieeinheit 3 nicht erschöpft wird.
  • Der Controller 20 lädt die Batterieeinheit 3, bis der Betrag der verbleibenden Ladung in der Batterieeinheit 3 die obere Ladeschwelle erreicht (Schritt S5: Nein, S4). Wenn die verbleibende Ladung in der Batterieeinheit 3 (der Betrag der restlichen elektrischen Leistung in der Batterieeinheit 3) die obere Ladeschwelle erreicht, steuert der Controller 20 die BZ-Einheit 10 so, um die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung zu halten (Schritt S5: Ja, S6). Der Prozess nach Schritt S6 wird wie zuvor beschrieben durchgeführt.
  • Der Controller 20 hält die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung, bis das Untersagen des Antreibens des Motors 6 aufgehoben wird (Schritt S13: Nein, S12). Während die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung gehalten wird, gibt die BZ-Einheit 10 (BZ-Stapel 11) keinen elektrischen Strom aus, sondern der Controller 20 steuert die BZ-Einheit 10, um die BZ-Spannung mit der Leerlaufspannung in Übereinstimmung zu bringen. Während der vorstehenden Steuerung wird kein Umschalten zwischen Aktivierung/Stopp der BZ-Einheit 10 durchgeführt, und außerdem wird der Niedrigstrom-Ausgabezustand verhindert.
  • Wenn das Untersagen des Antreibens des Motors 6 freigegeben (aufgehoben) wird, schaltet der Controller 20 den Indikator 24 aus und steuert die BZ-Einheit 10 so, dass die BZ-Spannung die Batteriespannung überschreitet (Schritt S13: Ja, S 14, S 15). Schließlich schließt der Controller 20 das BZ-Relais 21 (Schritt S16). Diese Prozesse ermöglichen es dem BZ-Fahrzeug 2, die Fahrt zu jedem Moment aufzunehmen. Mit anderen Worten, wenn ein Fahrer das Gaspedal niederdrückt, treibt der Controller 20 den Wechselrichter 5 an und elektrische Leistung wird von der BZ-Einheit 10 zu dem Wechselrichter 5 (Motor 6) geführt.
  • Ein Beispiel für die Bedingungen zum Lösen des Unterbindens des Antreibens des Motors 6 liegt darin, dass der Nutzer den Schalthebel betätigt und eine andere Position als die P-Position auswählt (irgendeine aus Rückwärts-, Neutral- und Fahrpositionen). Ein weiteres Beispiel für die Bedingungen zum Lösen des Unterbindens des Antreibens des Motors 6 liegt im Lösen der Parkbremse.
  • 4 stellt ein Flussdiagramm eines Prozesses einer Variante dar, welcher durch den Controller 20 durchgeführt wird. Die Variante unterscheidet sich von der Ausführungsform darin, dass die Schritte S22, S23 und S24 zu dem Flussdiagramm von 3 hinzugefügt sind. Im Folgenden wird die Variante unter Fokussierung auf die Schritte S22, S23, S24 erläutert.
  • Nach dem Anschalten des Indikators 24 in Schritt S8 von 2 startet der Controller 20 einen Timer bzw. Zeitgeber (4, Schritt S22). Der Timer entspricht einer Variablen in einem Programm des Controllers 20 und entspricht einer Variablen zum Messen einer Zeit. Nachfolgend steuert der Controller 20 die BZ-Einheit 10, um die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung zu halten, bis das Unterbinden des Antreibens des Motors 6 gelöst wird (Schritt S12, S 13: Nein).
  • Während des Haltens der BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung überprüft der Controller 20 eine Zeit, welche verstrichen ist, nachdem der Timer gestartet wurde (Schritt S23). Wenn die verstrichene Zeit eine vorbestimmte Wartezeit überschreitet, überträgt der Controller 20 eine Nachricht, welche anzeigt, dass die BZ-Einheit 10 nach der Wartezeit in einem Leerlaufzustand gehalten wird, (Warnmeldung) zu der Endgerätvorrichtung 32, welche sich im Besitz des Nutzers befindet (Schritt S24). Zur gleichen Zeit setzt der Controller 20 den Timer zurück (Schritt S24). Der „Leerlaufzustand“ steht für einen Zustand, in dem die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung gehalten wird. Die Warnmeldung informiert den Nutzer darüber, dass das BZ-Fahrzeug 2 über eine lange Zeitdauer in dem Leerlaufzustand gehalten wurde.
  • In Schritt S24 wird der Timer zurückgesetzt. Der Leerlaufzustand dauert nach dem Zurücksetzen weiter an (Schritt S13: Nein). Jedes Mal, wenn die verstrichene Zeit des Timers die Wartezeit überschreitet, überträgt der Controller 20 die Warnmeldung zu der Endgerätvorrichtung 32 des Nutzers (Schritt S23: Ja, S24).
  • Während das BZ-Fahrzeug 2 in dem Leerlaufzustand gehalten wird, überträgt der Controller 20 periodisch die Warnmeldung zu der Endgerätvorrichtung 32 des Nutzers. Das BZ-Fahrzeug 2 kann den Nutzer darüber informieren, dass das BZ-Fahrzeug 2 über eine lange Zeitdauer in dem Leerlaufzustand gehalten wurde. Die Endgerätvorrichtung 32 kann irgendeinem Typ einer Informationsvorrichtung, wie einem Smartphone, einem Tablet, einem Mikrocomputer und dergleichen, entsprechen.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann das BZ-Fahrzeug 2 der Ausführungsform die Häufigkeit von Aktivierung/Stopp des BZ-Stapels 11 reduzieren, und ferner verhindern, dass der BZ-Stapel 11 in den Niedrigstrom-Ausgangszustand gelangt.
  • Es werden zu beachtende Punkte hinsichtlich der in der Ausführungsform beschriebenen Technologie beschrieben. Die gestoppte BZ-Einheit 10 (BZ-Stapel 11) bedeutet, dass der Luftkompressor 15 und der Injektor 14 gestoppt sind. Wie vorstehend beschrieben, hält der Controller 20 in dem Leerlaufzustand die BZ-Spannung durch Anpassen der Wasserstoffkonzentration und der Sauerstoffkonzentration in dem BZ-Stapel 11 mit einem Steuern des Luftkompressors 15 und des Injektors 14 auf der Leerlaufspannung. Entsprechend wird die BZ-Einheit 10 (BZ-Stapel 11) in dem Leerlaufzustand eher betrieben als bei einem vollständigen Stopp.
  • In dem Leerlaufzustand kann der Controller 20 den Aufwärtswandler 12 steuern, so dass ein Hochsetzverhältnis auf 1 gehalten wird. Der Leistungsverbrauch durch den Aufwärtswandler 12 kann reduziert werden. Ferner kann das Hochsetzverhältnis des Spannungswandlers 3c niedrig gehalten werden. Mit anderen Worten, der Leistungsverbrauch durch den Spannungswandler 3c kann ebenso niedrig gehalten werden.
  • Andererseits kann der Controller 20 in dem Leerlaufzustand den Spannungswandler 3c so steuern, dass die BZ-Spannung niedriger wird als die Batteriespannung.
  • Die Batterieeinheit 3 der Ausführungsform umfasst den Spannungswandler 3c, diese kann den Spannungswandler 3c jedoch nicht umfassen. Mit anderen Worten, die Batterieeinheit kann lediglich eine Batterie umfassen. Die BZ-Einheit 10 der Ausführungsform umfasst den Aufwärtswandler 12, diese kann den Aufwärtswandler 12 jedoch nicht umfassen. Die Ausgabe der BZ-Einheit 10 kann der Ausgabe des BZ-Stapels 11 entsprechen.
  • Obwohl vorstehend spezifische Beispiele der vorliegenden Offenbarung im Detail beschrieben wurden, dienen diese Beispiele lediglich der Veranschaulichung und beschränken nicht den Schutzumfang der Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen beschriebene Technologie umfasst auch verschiedene Änderungen und Modifikationen der vorstehend beschriebenen spezifischen Beispiele. Die in der vorliegenden Spezifikation oder den Abbildungen erläuterten technischen Elemente bieten entweder unabhängig voneinander oder durch verschiedene Kombinationen einen technischen Nutzen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die zum Zeitpunkt der Einreichung der Ansprüche beschriebenen Kombinationen beschränkt. Ferner besteht der Zweck der in der vorliegenden Spezifikation oder den Abbildungen dargestellten Beispiele darin, mehrere Aufgaben gleichzeitig zu erfüllen, und die Erfüllung einer dieser Aufgaben verleiht der vorliegenden Offenbarung technischen Nutzen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2020181757 A [0002, 0003, 0004]
    • JP 2014050240 A [0002, 0004]

Claims (8)

  1. Brennstoffzellenfahrzeug (2), aufweisend: eine Brennstoffzelleneinheit (10); eine Batterieeinheit (3), welche zu einem Ausgangsanschluss (10a) der Brennstoffzelleneinheit (10) parallel geschaltet ist; einen Antriebsmotor (6), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser durch elektrische Leistung angetrieben wird, die von der Brennstoffzelleneinheit (10) und/oder der Batterieeinheit (3) zugeführt wird; und einen Controller (20), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser die Brennstoffzelleneinheit (10) so steuert, dass eine von der Brennstoffzelleneinheit (10) ausgegebene BZ-Spannung auf einer Leerlaufspannung gehalten wird, welche höher als null und niedriger als eine von der Batterieeinheit (3) ausgegebene Batteriespannung ist, während ein Antreiben des Antriebsmotors (6) unterbunden ist.
  2. Brennstoffzellenfahrzeug (2) nach Anspruch 1, wobei der Controller (20) derart konfiguriert ist, dass dieser die Brennstoffzelleneinheit (10) so steuert, dass die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung gehalten wird, während das Antreiben des Antriebsmotors (6) unterbunden ist und sich ein Fernbedienungsschlüssel (31) des Brennstoffzellenfahrzeugs (2) außerhalb des Brennstoffzellenfahrzeugs (2) befindet.
  3. Brennstoffzellenfahrzeug (2) nach Anspruch 1, wobei der Controller (20) in einem Fall, in dem ein Betrag einer verbleibenden Ladung in der Batterieeinheit (3) kleiner ist als eine untere Ladeschwelle, während das Antreiben des Antriebsmotors (6) unterbunden ist, derart konfiguriert ist, dass dieser die Brennstoffzelleneinheit (10) so steuert, dass die BZ-Spannung die Batteriespannung überschreitet, bis der Betrag der verbleibenden Ladung in der Batterieeinheit (3) eine obere Ladeschwelle erreicht.
  4. Brennstoffzellenfahrzeug (2) nach Anspruch 1, wobei der Controller (20) derart konfiguriert ist, dass dieser die Brennstoffzelleneinheit (10) elektrisch von der Batterieeinheit (3) und dem Antriebsmotor (6) trennt, während die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung gehalten wird.
  5. Brennstoffzellenfahrzeug (2) nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Indikator (24), welcher anzeigt, dass der Controller (20) die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung hält.
  6. Brennstoffzellenfahrzeug (2) nach Anspruch 5, wobei der Indikator (24) einer Lampe entspricht, die auf einem Körper des Brennstoffzellenfahrzeugs (2) oder in einer Fahrgastzelle des Brennstoffzellenfahrzeugs (2) angeordnet ist.
  7. Brennstoffzellenfahrzeug (2) nach Anspruch 1, wobei der Controller (20) derart konfiguriert ist, dass dieser eine Warnmeldung an eine Vorrichtung (32) außerhalb des Brennstoffzellenfahrzeugs (2) übermittelt, wenn eine Zeitdauer, während welcher die BZ-Spannung auf der Leerlaufspannung gehalten wird, eine vorbestimmte Zeitdauer erreicht.
  8. Brennstoffzellenfahrzeug (2) nach Anspruch 1, wobei die Leerlaufspannung höher oder gleich einer Spannung ist, welche durch Multiplizieren einer minimalen Ausgangsspannung einer Einzelzelle in einem Brennstoffzellenstapel (11) der Brennstoffzelleneinheit (10) mit einer Anzahl von Zellen in dem Brennstoffzellenstapel (11) definiert ist.
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