DE112008003478B4

DE112008003478B4 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE112008003478B4
Application number: DE112008003478T
Authority: DE
Inventors: Takahiko Hasegawa; Kota Manabe
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-12-25
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2013-08-22
Anticipated expiration: 2028-12-19
Also published as: US8790838B2; CN101953009B; DE112008003478T5; JP4513130B2; US8728678B2; CN101953009A; US20130029240A1; JP2009158204A; US20130045432A1; US9450261B2; WO2009081834A1; DE112008003478B8; US20100266922A1

Abstract

Brennstoffzellensystem, aufweisend: einen mehrphasigen Gleichstromwandler zum Erhöhen/Verringern einer Ausgangsspannung einer Brennstoffzelle; eine Einstellungseinheit, die die Anzahl der aktiven Phasen für den Gleichstromwandler einstellt; eine Berechnungseinheit, die eine durch den Gleichstromwandler geleitete Leistung berechnet; eine Anzahl-von-Phasen-Steuereinheit, die, wenn die berechnete durchgeleitete Leistung in einen Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen fällt, von der Anzahl der aktiven Phasen des gegenwärtigen Moments auf die Anzahl der aktiven Phasen schaltet, bei der die durchgeleitete Leistung nicht in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen fällt; und eine Antriebssteuereinheit, die den Gleichstromwandler mit der Anzahl der Phasen nach dem Schalten antreibt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, das eine Ausgangsspannung einer Brennstoffzelle mittels eines Gleichstromwandlers steuert, der eine Ausgangsspannung eines Brennstoffzellenstapels erhöht/verringert.
Technischer Hintergrund
Bei einem Brennstoffzellenstapel handelt es sich um ein Energieumwandlungssystem zum Umwandeln von chemischer Energie in elektrische Energie mittels einer elektrochemischen Reaktion, die durch Zuführen eines Brenngases und eines Oxidationsgases zu einer Membranelektrodenanordnung bewirkt wird. Dabei ist ein Festpolymerelektrolyt-Brennstoffzellenstapel, in dem eine Festpolymermembran als ein Elektrolyt verwendet wird, kostengünstig, in seinen Abmessungen ohne Weiteres reduzierbar und weist zudem eine hohe Leistungsdichte auf, weshalb er daher als eine an einem Fahrzeug montierte Leistungsquelle verwendet werden soll.
In Bezug auf ein mit einem solchen Brennstoffzellenstapel ausgestattetes Brennstoffzellensystem wird z. B. in der von der Anmelderin nachstehend zitierten Schrift 1 ein Verfahren zum Verbessern des betrieblichen Wirkungsgrads eines Systems vorgeschlagen, indem durch Verwendung eines Gleichstromwandlers eine Leistungsabgabe einer Brennstoffzelle so eingestellt wird, dass sie 65% bis 80% der Gesamtleistungsabgabe ausmacht.
Patentschrift 1: JP 2002-118979 A
Offenbarung der Erfindung
Problem, das mit der Erfindung gelöst werden soll
Im Hinblick auf einen Gleichstromwandler, der eine Ausgangsspannung eines Brennstoffzellenstapels so steuert, dass diese durch einen Schaltbetrieb einer Schaltvorrichtung erhöht/verringert wird, existiert aber ein Betriebsbereich, in dem ein Totzeit-Kompensationswert abhängig von dem Wert einer durchgeleiteten Leistung stark variiert. Von dem Betriebsbereich, wo der Totzeit-Kompensationswert stark variiert (der nachstehend der Einfachheit halber als ein Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen bezeichnet wird), ist bekannt, dass dort das Ansprechvermögen des Gleichstromwandlers vermindert ist. So hat der mit dem reduzierten Ansprechvermögen angetriebene Gleichstromwandler z. B. dahingehend zu einem Problem geführt, dass der Energiewirkungsgrad des Gesamtsystems sich aufgrund einer schlechten Steuerbarkeit der Ausgangsspannung des Wandlers verschlechtert (die nachstehend als eine Spannungssteuerbarkeit des Wandlers bezeichnet wird).
Die vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehend geschilderten Situation entwickelt worden, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, in dem die Spannungssteuerbarkeit eines in dem System vorgesehenen Wandlers verbessert werden kann.
Mittel zur Lösung der Aufgabe
Zur Lösung der vorstehend erörterten Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellesystem mit folgenden Merkmalen geschaffen: einem mehrphasigen Gleichstromwandler zum Erhöhen/Verringern einer Ausgangsspannung einer Brennstoffzelle; einer Einstellungseinheit, die die Anzahl der aktiven bzw. stromdurchflossenen Phasen für den Gleichstromwandler einstellt; einer Berechnungseinheit, die eine durchgeleitete Leistung des Gleichstromwandlers berechnet; einer Anzahl-der-Phasen-Steuereinheit, die, wenn die berechnete durchgeleitete Leistung in einen Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen fällt bzw. geraten ist, von der Anzahl der aktiven Phasen des gegenwärtigen Moments auf die Anzahl der aktiven Phasen umschaltet, mit der die durchgeleitete Leistung nicht in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen fällt bzw. gerät; und einer Antriebssteuereinheit, die den Gleichstromwandler mit der Anzahl der Phasen nach dem Schalten antreibt.
Wenn bei einer solchen Konfiguration die berechnete durchgeleitete Leistung des Gleichstromwandlers in Bezug auf die Anzahl der aktiven Phasen vom gegenwärtigen Moment an in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen geraten ist, wird die Anzahl der aktiven Phasen für den Gleichstromwandler 60 auf die Anzahl der aktiven Phasen geschaltet, mit der die durchgeleitete Leistung nicht in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen gerät. Dadurch wird der Antrieb des Gleichstromwandlers, in dem der Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen vermieden wird, ermöglicht, wodurch die Spannungssteuerbarkeit des Gleichstromwandlers gegenüber dem Stand der Technik verbessert wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wir ein Brennstoffzellensystem geschaffen, das folgende Merkmale aufweist: einen Gleichstromwandler zum Erhöhen/Verringern einer Ausgangsspannung einer Brennstoffzelle; eine Berechnungseinheit, die eine durch den Gleichstromwandler geleitete Leistung bzw. durchgeleitete Leistung des Gleichstromwandlers berechnet; eine Leistungssteuereinheit, die, wenn die berechnete durchgeleitete Leistung in einen Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen gerät, eine durch den Gleichstromwandler geleitete Leistung bestimmt, so dass die die durchgeleitete Leistung nicht in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen gerät; und eine Antriebssteuereinheit, die den Gleichstromwandler so antreibt, dass die bestimmte durchgeleitete Leistung erhalten wird.
Wenn bei einer solchen Konfiguration die berechnete durch den Gleichstromwandler geleitete Leistung in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen gerät, wird die die durch den Gleichstromwandler geleitete Leistung derart verschoben, dass die durchgeleitete Leistung nicht in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen gerät. Dadurch kann der Gleichstromwandler so angetrieben werden, dass der Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen vermieden wird, wodurch die Spannungssteuerbarkeit des Gleichstromwandlers gegenüber dem Stand der Technik ähnlich wie oben erwähnt verbessert werden kann.
Ferner wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellensystem geschaffen, das folgende Merkmale aufweist: einen Gleichstromwandler zum Erhöhen/Verringern einer Ausgangsspannung einer Brennstoffzelle; eine Berechnungseinheit, die eine durch den Gleichstromwandler geleitete Leistung berechnet; eine Einstellungseinheit, die eine Trägerfrequenz eines Steuersignals zum Steuern eines Schaltbetriebs des Gleichstromwandlers einstellt; eine Frequenzsteuereinheit, die, wenn die berechnete durchgeleitete Leistung in einen Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen gerät, die Trägerfrequenz des gegenwärtigen Moments in eine Trägerfrequenz verändert, mit der die durchgeleitete Leistung nicht in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen gerät; und eine Antriebssteuereinheit, die den Gleichstromwandler mit der Trägerfrequenz nach der Veränderung antreibt.
Wenn bei einer solchen Konfiguration die berechnete durchgeleitete Leistung des Gleichstromwandlers in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen gerät, wird die Trägerfrequenz des Gleichstromwandlers vom gegenwärtigen Moment an in eine Trägerfrequenz verändert, mit der die durchgeleitete Leistung nicht in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen gerät. Dadurch kann der Gleichstromwandler so angetrieben werden, dass der Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen vermieden wird, wodurch die Spannungssteuerbarkeit des Gleichstromwandlers gegenüber dem Stand der Technik in einer zu oben ähnlichen Weise verbessert wird.
Wirkung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Spannungssteuerbarkeit eines in einem System vorgesehenen Wandlers verbessert werden.
Beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung werden nachstehend Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 zeigt eine Hauptkonfiguration eines Brennstoffzellensystems 10 gemäß einer Ausführungsform. Das Brennstoffzellensystem 10 ist ein an einem Fahrzeug montiertes Leistungszuführsystem, das in einem Leistungszuführsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs vorgesehen ist. Das Brennstoffzellensystem 10 beinhaltet einen Brennstoffzellenstapel 20, eine Brennstoffzellen-Hilfsvorrichtung 21 bzw. BZ-Hilfsvorrichtung 21, einen Zellspannungsdetektor 22, einen Antriebsleistungs-Wechselrichter bzw. -Inverter 30, einen Antriebsmotor 40, eine Sekundärbatterie 50, einen Gleichstromwandler 60, eine Fahrzeughilfsvorrichtung 70, eine Steuerungsvorrichtung 80 und Sensoren 90.
Der Brennstoffzellenstapel 20 ist eine Leistungserzeugungsvorrichtung mit einer Stapelkonfiguration, in der eine Mehrzahl von Zellen in Reihe geschaltet ist, wobei die Zellen so zusammengesetzt sind, dass ein Paar von Elektroden (Anode, Kathode) einen Festpolymerelektrolyten umgibt. Wasserstoffionen, die an der Anode durch eine Katalysatorreaktion erzeugt werden, gelangen durch die Festpolymerelektrolytmembran, bewegen sich zur Kathode und bewirken eine elektrochemische Reaktion mit einem Oxidationsgas an der Kathode, wodurch elektrische Leistung erzeugt wird.
Die BZ-Hilfsvorrichtung 21 beinhaltet ein Brenngaszuführsystem (einen Wasserstoffspeichertank, ein Wasserstoffsperrventil, einen Wasserstoffzuführdruckregler etc.) zum Zuführen eines Brenngases (Wasserstoffgases) zu der Anode des Brennstoffzellenstapels 20, ein Oxidationsgaszuführsystem (Luftkompressor etc.) zum Zuführen eines Oxidationsgases (Luft) zu der Kathode des Brennstoffzellenstapels 20 und andere Hilfsvorrichtungen bzw. Zusatzaggregate (ein Befeuchtungsmodul zum Befeuchten des Brenngases und des Oxidationsgases, eine Brennstoffzellen-Kühlvorrichtung etc.).
Nachdem der Brennstoffzellenstapel 20 die Brenngas- und die Oxidationsgaszufuhr von der BZ-Hilfsvorrichtung 21 empfangen hat, gibt er durch eine elektrochemische Reaktion eine elektrische Energie ab.
Bei dem Antriebsmotor 40 handelt es sich um einen Elektromotor zum Erhalten einer Fahrbetriebs-Antriebskraft, der beispielsweise aus einem dreiphasigen Synchronmotor besteht.
Der Antriebsleistungs-Wechselrichter 30 beinhaltet z. B. eine Dreiphasen-Brückenschaltung, die aus sechs Leistungstransistoren besteht, und wandelt eine von dem Brennstoffzellenstapel 20 oder der Sekundärbatterie 50 zugeführte Gleichstromleistung bzw. Gleichstrom über einen Schaltbetrieb des Leistungstransistors in eine Wechselstromleistung (einen dreiphasigen Wechselstrom bzw. Drehstrom) um und führt die Wechselstromleistung bzw. den Wechselstrom dem Antriebsmotor 40 zu. Die Steuerungsvorrichtung 80 weist eine Funktion zum Steuern eines Leistungsumwandlungsbetriebs des Antriebsleistungs-Wechselrichters 30 auf und gibt z. B. jeweils Wechselstromspannungs-Befehlswerte einer U-Phase, V-Phase und W-Phase als Schaltbefehle an den Antriebsleistungs-Wechselrichter 30 ab und steuert das Ausgangsdrehmoment und die Drehzahl des Antriebsmotors 40.
Die Sekundärbatterie 50 ist eine Leistungsspeichervorrichtung, die in der Lage ist, eine Leistung zu speichern und abzuführen, und fungiert als eine Speicherquelle für eine während einer Bremsregeneration regenerierte Energie und als ein Energiepuffer während einer Lastschwankung bzw. eines Lastwechsels infolge einer Beschleunigung oder Verzögerung bzw. Verlangsamung des Brennstoffzellenfahrzeugs. Die Sekundärbatterie 50 besteht vorzugsweise aus z. B. einer Nickel-Cadmium-Batterie bzw. einem Nickel-Cadmium-Akkumulator, einer Nickel-Wasserstoff-Batterie bzw. einem Nickel-Wasserstoff-Akkumulator oder einer Lithium-Sekundärbatterie bzw. einem Lithium-Sekundärakkumulator.
Anstatt der Sekundärbatterie 50 kann als eine Leistungsspeichervorrichtung ein Kondensator (ein elektrischer Doppelschichtkondensator, ein elektrolytischer Kondensator etc.) mit einer Primärseite bzw. ersten Seite des Gleichstromwandlers 60 verbunden werden.
Bei dem Gleichstromwandler 60 handelt es sich um eine Spannungsumwandlungseinheit, die eine Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 oder der Sekundärbatterie 50 so steuern soll, dass diese erhöht/verringert wird. Der Gleichstromwandler 60 weist eine Schaltkreiskonfiguration eines mehrphasigen Wandlers auf, in dem ein einem Wechselrichter ähnlicher Schaltkreis, der eine Eingangsspannung (Gleichstromspannung) in eine Wechselstromspannung umwandelt, mit einem Schaltkreis kombiniert ist, der den Wechselstrom gleichrichtet und diesen in eine Ausgangsspannung (Gleichstromspannung) umwandelt. Insbesondere weist der Gleichstromwandler 60 eine Schaltkreiskonfiguration eines dreiphasigen Vollbrückenwandlers auf, der aus zwölf IGBT-Bauelementen Tr1 bis Tr12, zwölf Dioden-Bauelementen D1 bis D12, drei Spulen L1 bis L3 und zwei Glättungskondensatoren C1 bis C2 besteht.
Wenn der Gleichstromwandler 60 eine niedrige durchgeleitete Leistung aufweist, wird ein Einphasenbetrieb ausgeführt, da er gegenüber einem Dreiphasenbetrieb einen niedrigen Schaltverlust beinhaltet. Während der Einphasenbetrieb ausgeführt wird, arbeiten das Paar von IGBT-Bauelementen Tr1 und Tr10 und das Paar von IGBT-Bauelementen Tr4 und Tr7. Wenn hingegen der Gleichstromwandler 60 eine hohe durchgeleitete Leistung aufweist, wird ein Dreiphasenbetrieb ausgeführt, da er im Vergleich zu einem Einphasenbetrieb einen niedrigen Schaltverlust aufweist. Während der Dreiphasenbetriebs ausgeführt wird, arbeiten das Paar von IGBT-Bauelementen Tr1 und Tr10 und das Paar von IGBT-Bauelementen Tr4 und Tr7; das Paar von IGBT-Bauelementen Tr2 und Tr11, und das Paar von IGBT-Bauelementen Tr5 und Tr8, und das Paar von IGBT-Bauelementen Tr3 und Tr12 und das Paar von IGBT-Bauelementen Tr6 und Tr9 mit einer Phasenverschiebung von 120 Grad.
Die Sekundärbatterie 50 ist mit der Primärseite bzw. ersten Seite des Gleichstromwandlers 60 verbunden, während der Brennstoffzellenstapel 20, der Antriebsleistungs-Wechselrichter 30 und die Fahrzeug-Hilfsvorrichtung bzw. das Fahrzeug-Hilfsaggregat 70 mit einer Sekundärseite bzw. zweiten Seite des Gleichstromwandlers 60 parallel geschaltet sind.
Der Gleichstromwandler 60 steuert einen Betriebspunkt (eine Ausgangsspannung, einen Ausgangsstrom) des Brennstoffzellenstapels 20 durch Erhöhen/Verringern der Ausgangsspannung der Sekundärbatterie 50. Der Gleichstromwandler 60 erhöht die Ausgangsspannung der Sekundärbatterie 50 zum Zuführen der Gleichstromleistung an den Antriebsleistungs-Wechselrichter 30, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug mittels des Antriebsmotors 40 einen Beschleunigungsantrieb bzw. Hochleistungsantrieb ausführt, und verringert andererseits die regenerierte Gleichstromspannung und lädt die Sekundärbatterie 50 mit der resultierenden Spannung auf, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug durch den Antriebsmotor 40 ein regeneratives Bremsen ausführt. Der Gleichstromwandler 60 weist zudem eine Funktion zum Verringern der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 und des Aufladens der Sekundärbatterie 50 mit der resultierenden Spannung auf, um eine überschüssige Leistung des Brennstoffzellenstapels 20 zu speichern.
Die Fahrzeug-Hilfsvorrichtung 70 beinhaltet verschiedene Hilfsvorrichtungen bzw. Hilfsaggregate, wie z. B. einen Kompressormotor, um ein Oxidationsgas mit Druck zu beaufschlagen, einen Pumpenantriebsmotor zum Zuführen von reinem Wasser zu einem Befeuchtungsmodul, einen Kühlmittelpumpe-Antriebsmotor zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels 20 und einen Kühlergrilllüftermotor.
Die Steuerungsvorrichtung 80 ist eine Steuereinheit, die eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), Speichervorrichtungen (ROM, RAM), eine Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle etc. beinhaltet. Die Steuerungsvorrichtung 80 steuert das Brennstoffzellen-Fahrzeug basierend auf z. B. verschiedenen Signalen, die von den Sensoren 90 ausgegeben werden. Zu den Sensoren 90 zählen z. B. ein Zündschalter 91, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 92 und ein Beschleunigungssensor 93.
Wenn z. B. ein aus dem Zündschalter 91 ausgegebenes Zündsignal empfangen wird, startet die Steuerungsvorrichtung 80 den Betrieb des Brennstoffzellensystems 10 und erhält die für das Gesamtsystem angeforderte Leistung basierend auf einem Fahrpedalöffnungsgrad-Signal, das von dem Beschleunigungssensor 93 ausgegeben wird, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 92 etc. ausgegeben wird. Die für das Gesamtsystem angeforderte Leistung entspricht dem Gesamtwert der Fahrzeug-Antriebsleistung und der Hilfsvorrichtungsleistung. Die Hilfsvorrichtungsleistung beinhaltet z. B. eine durch die am Fahrzeug montierten Hilfsvorrichtungen (Befeuchtungseinrichtung, Luftkompressor, Wasserstoffpumpe, Kühlwasserumwälzpumpe etc.) verbrauchte Leistung, die Leistung, die durch die für den Fahrzeug-Fahrbetrieb notwendigen Vorrichtungen (Wechselgetriebe bzw. Wechselrad, Radführungsvorrichtung, Lenkvorrichtung, Radaufhängungsvorrichtung etc.) verbraucht wird, und die Leistung, die durch in der Fahrgastzelle angeordneten Vorrichtungen bzw. Geräte verbraucht wird (Klimaanlage, Beleuchtung, Audioausstattung, etc.).
Die Steuerungsvorrichtung (Berechnungseinheit) 80 bestimmt die Verteilung der Abgabeleistung (d. h. Leistungsverteilung) zwischen dem Brennstoffzellenstapel 20 und der Sekundärbatterie 50 und steuert dann die BZ-Hilfsvorrichtung 21, so dass die durch den Brennstoffzellenstapel 20 erzeugte Leistungsmenge der Soll-Leistung entspricht, so dass die Zufuhr des Reaktionsgases zum Brennstoffzellenstapel 20 angepasst wird, und steuert zudem den Gleichstromwandler 60, so dass die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 20 angepasst wird, wodurch der Betriebspunkt (die Ausgangsspannung, der Ausgangsstrom) des Brennstoffzellenstapels 20 gesteuert wird. Um außerdem eine Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechend einem Fahrpedalöffnungsgrad zu erhalten, gibt die Steuerungsvorrichtung 80 z. B. jeweilige Wechselstromspannungs-Befehlswerte einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase als Schaltbefehle an den Antriebsleistungs-Wechselrichter 30 aus und steuert das Ausgangsdrehmoment und die Drehzahl des Antriebsmotors 40.
2 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer durchgeleiteten Leistung und einem Totzeit-Kompensationswert des Gleichstromwandlers 60 für die jeweilige Anzahl von aktiven bzw. stromdurchflossenen Phasen zeigt. Die gestrichelte Linie zeigt den Graphen für einen Dreiphasenbetrieb (Dreiphasenantrieb) an, und die durchgehend gezogene Linie zeigt den Graphen für einen Einphasenbetrieb (Einphasenantrieb) an. Im Dreiphasenantrieb kommt es im Betriebsbereich von etwa –5 KW und im Betriebsbereich von etwa 5 kW zu starken Schwankungen des Totzeit-Kompensationswerts, und somit entsprechen diese beiden Betriebsbereiche jeweils einem Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen. Im Einphasenantrieb kommt es hingegen im Betriebsbereich von etwa –2,5 kW und dem Betriebsbereich von etwa –2,5 kW zu starken Schwankungen des Totzeit-Kompensationswerts, und diese beiden Betriebsbereiche entsprechen somit jeweils einem Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen. Wie vorstehend beschrieben, unterscheiden sich die Bereiche mit dem reduzierten Ansprechvermögen abhängig von der Anzahl der aktiven bzw. stromdurchflossenen Phasen für den Gleichstromwandler 60. Daher kann selbst bei Gleichbleiben der durchgeleiteten Leistung eine Antriebssteuerung, die den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen vermeidet (die nachstehend als eine Steuerung zum Vermeiden de Bereichs mit reduziertem Ansprechvermögen bezeichnet wird), erreicht werden, indem die Anzahl der aktiven Phasen verändert wird.
Zu beachten ist, dass die Totzeit sich auf eine Zeitspanne zum Vermeiden eines Kurzschlusses bezieht, die so eingestellt ist, dass verhindert wird, dass ein Kurzschlussstrom zwischen einem an einem oberen Arm befindlichen IGBT-Bauelement und einem an einem unteren Arm befindlichen IGBT-Bauelement (z. B. zwischen einem IGBT-Bauelement Tr1 und einem IGBT-Bauelement Tr7) im Gleichstromwandler 60 fließt.
Als nächstes erfolgt unter Bezugnahme auf 3 eine ausführliche Beschreibung des Steuerungsvorgangs zum Vermeiden des Bereichs mit reduziertem Ansprechvermögen für den Gleichstromwandler 60, der durch die Steuerungsvorrichtung 80 zu vorbestimmten Zeitpunkten (z. B. wenn der Betrieb gestartet oder gestoppt wird, oder in konstanten Zeitintervallen während des Betriebs) ausgeführt wird. Zu beachten ist, dass in der nun folgenden Beschreibung davon ausgegangen wird, dass der Gleichstromwandler 60 initial auf einen Dreiphasenantrieb eingestellt ist.
3 ist ein Flussdiagramm, das die Steuerungsverarbeitung zum Vermeiden eines Bereichs mit reduziertem Ansprechvermögen gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Die Steuerungsvorrichtung 80 erhält die für das Gesamtsystem angeforderte Leistung basierend auf Signalen (einem Fahrpedalöffnungsgrad-Signal etc.), die aus den verschiedenen Sensoren ausgegeben werden, und bestimmt die Leistungsverteilung zwischen dem Brennstoffzellenstapel 20 und der Sekundärbatterie 50 (Schritt S301).
Die Steuerungsvorrichtung (Berechnungseinheit) 80 beurteilt, ob die durchgeleitete Leistung des Gleichstromwandlers 60, die der Leistungsverteilung entsprechend erhalten wird, in Bezug auf die Anzahl der aktiven bzw. stromdurchflossenen Phasen vom gegenwärtigen Moment an (hier drei Phasen) in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen geraten ist oder nicht (Schritt S302).
Wenn die Steuerungsvorrichtung 80 bestimmt, das die durch den Gleichstromwandler 60 geleitete Leistung nicht in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen geraten ist (Schritt S302: NEIN), weist dies darauf hin, dass der Gleichstromwandler 60 angemessen angetrieben wird (d. h., dass die Spannungssteuerbarkeit sich nicht verschlechtert hat). Dementsprechend verlässt die Steuerungsvorrichtung 80 die Verarbeitung dieser Routine, um die Verarbeitung zu beenden.
Wenn die Steuerungsvorrichtung (Anzahl-der-Phasen-Steuereinheit) 80 hingegen bestimmt, dass die durch den Gleichstromwandler 60 geleitete Leistung in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen geraten ist (Schritt S302: JA), bestimmt die Steuerungsvorrichtung 80 die Anzahl der Phasen, mit denen der Antrieb innerhalb des Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen vermieden wird, (d. h. die veränderte Anzahl der aktiven Phasen) (Schritt S303). Die Steuerungsvorrichtung (Einstellungseinheit, Antriebssteuereinheit) 80 gibt dann einen Befehl zum Schalten auf die bestimmte Anzahl von Phasen (Phasenschaltbefehl) an den Gleichstromwandler 60 aus bzw. stellt diesen Befehl ein, treibt den Gleichstromwandler 60 mit der Anzahl der Phasen nach dem Umschalten an und beendet dann die Verarbeitung.
Wenn wie vorstehend beschrieben die durch den Gleichstromwandler 60 geleitete Leistung in Bezug auf die Anzahl der aktiven Phasen ab dem gegenwärtigen Moment in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen geraten ist, wird die Anzahl der aktiven Phasen für den Gleichstromwandler 60 umgeschaltet. Dadurch wird der Antrieb des Gleichstromwandlers 60 ermöglicht, in dem der Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen vermieden wird, wodurch die Spannungssteuerbarkeit des Gleichstromwandlers 60 gegenüber dem einschlägigen Stand der Technik verbessert wird.
Hierin veranschaulicht das vorstehende Beispiel einen Umschaltvorgang zwischen drei Phasen und einer Phase als einen Schaltvorgang der Anzahl der aktiven Phasen für den Gleichstromwandler 60, doch kann auch ein Schaltvorgang zwischen drei Phasen, zwei Phasen und einer Phase vorgenommen werden. Die Anzahl der zum Schalten verwendeten Phasen kann entsprechend der Anzahl der aktiven Phasen N (N ≥ 2) für den montierten Gleichstromwandler 60 willkürlich eingestellt werden. Wenn ferner in Schritt S302 bestimmt wird, dass es keine Phasenanzahl gibt, mit der der Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen vermieden werden kann, kann die Steuerungsvorrichtung 80 für den Schaltbetrieb die energieeffizienteste Anzahl von aktiven Phasen (z. B. drei Phasen) von einer möglichen Anzahl von aktiven Phasen auswählen. Wie vorstehend beschrieben, kann der technische Gedanke, gemäß dem die Anzahl der aktiven Phasen für den Gleichstromwandler 60 unter Berücksichtigung der Energieeffizienz bestimmt wird, nicht nur auf den Fall angewendet werden, wo bestimmt wird, dass der Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen nicht vermieden werden kann, sondern auch auf den Fall, wo bestimmt wird, dass die durchgeleitete Leistung nicht in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen geraten ist.
B. Zweite Ausführungsform
4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer durchgeleiteten Leistung und einem Totzeit-Kompensationswert des Gleichstromwandlers 60 für eine bestimmte Anzahl von Phasen zeigt. In der vorstehenden ersten Ausführungsform wird der Antrieb des Gleichstromwandlers 60, in dem der Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen vermieden wird, ermöglicht, indem die Anzahl der aktiven Phasen verändert wird. In der zweiten Ausführungsform wird der Antrieb des Gleichstromwandlers 60, in dem der Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen vermieden wird, ermöglicht, indem die durchgeleitete Leistung verändert wird.
Wie in 4 gezeigt, existieren in einem Dreiphasenantrieb ein negativer Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen und ein positiver Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen. Wenn in diesem Fall die durch den Gleichstromwandler 60 geleitete Leistung bzw. die durchgeleitete Leistung des Gleichstromwandlers 60, die der Leistungsverteilung entsprechend erhalten wird, z. B. in den positiven Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen gerät (siehe durchgeleitete Leistung a in 4), wird die durchgeleitete Leistung des Gleichstromwandlers 60 in einer Richtung verschoben, in der ein Hilfs- bzw. Unterstützungsbetrag durch die Sekundärbatterie 50 zunimmt (positive Richtung), ohne dabei die Leistungsabgabe des Systems zu beeinträchtigen, wodurch der Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen vermieden wird (siehe durchgeleitete Leistung a → durchgeleitete Leistung a' in 4).
Wenn hingegen die durchgeleitete Leistung des Gleichstromwandlers 60, die der Leistungsverteilung entsprechend erhalten wird, z. B. in den negativen Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen gerät (siehe durchgeleitete Leistung b in 4), wird die durchgeleitete Leistung des Gleichstromwandlers 60 in eine Richtung verschoben, in der ein durch den Brennstoffzellenstapel 20 erzeugter Leistungsbetrag zunimmt (negative Richtung), ohne die Leistungsabgabe des Systems zu beeinträchtigen, wodurch der Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen vermieden wird (siehe durchgeleitete Leistung b → durchgeleitete Leistung b' in 4). Es ist zu beachten, dass die überschüssige Leistung, die durch die Verschiebung der durch den Gleichstromwandler 60 zur positiven Seite geleiteten Leistung entsteht, in der Sekundärbatterie 50 gespeichert werden, durch die Hilfsvorrichtung 70 des Fahrzeug verbraucht oder in Wärmeenergie umgewandelt werden kann, die in die Atmosphäre freigesetzt wird. Wenn außerdem die durch den Gleichstromwandler 60 geleitete Leistung zur negativen Seite verschoben wird, genügt es, wenn Leistung von der Sekundärbatterie 50 bereitgestellt werden kann, um so ein Leistungsdefizit auszugleichen. Wie vorstehend beschrieben, kann also der Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen durch Verändern der durchgeleiteten Leistung vermieden werden.
Als nächstes erfolgt unter Bezugnahme auf 5 eine ausführliche Beschreibung des Steuerungsvorgangs zum Vermeiden eines Bereichs mit reduziertem Ansprechvermögen für den Gleichstromwandler 60, der durch die Steuerungsvorrichtung 80 zu vorbestimmten Momenten (z. B. wenn der Betrieb gestartet oder gestoppt wird, oder in konstanten Zeitintervallen während des Betriebs) ausgeführt wird.
5 ist ein Flussdiagramm, dass die Steuerungsverarbeitung zum Vermeiden des Bereichs mit reduziertem Ansprechvermögen gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
Die Steuerungsvorrichtung 80 erhält die für das Gesamtsystem angeforderte Leistung basierend auf Signalen (Fahrpedalöffnungsgrad-Signal etc.), die aus den verschiedenen Sensoren ausgegeben werden, und bestimmt die Leistungsverteilung zwischen dem Brennstoffzellenstapel 20 und der Sekundärbatterie 50 (Schritt S401).
Die Steuerungsvorrichtung (Berechnungseinheit) 80 beurteilt, ob die durch den Gleichstromwandler 60 geleitete Leistung, die der Leistungsverteilung entsprechend erhalten wird, entweder in den positiven oder in den negativen Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen geraten ist (Schritt S402).
Wenn die Steuerungsvorrichtung 80 bestimmt, dass die durch den Gleichstromwandler 60 geleitete Leistung nicht in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen geraten ist (Schritt S402: NEIN), deutet dies darauf hin, dass der Gleichstromwandler 60 angemessen angetrieben wird (d. h., dass die Spannungssteuerbarkeit sich nicht verschlechtert hat). Die Steuerungsvorrichtung 80 verlässt daher die Verarbeitung dieser Routine, um die Verarbeitung zu beenden.
Wenn hingegen die Steuerungsvorrichtung (Leistungssteuereinheit) 80 bestimmt, dass die durch den Gleichstromwandler 60 geleitete Leistung in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen geraten ist (Schritt S402: JA), bestimmt die Steuerungsvorrichtung 80 eine durchgeleitete Leistung nach der Verschiebung, so dass die durch den Gleichstromwandler 60 geleitete Leistung verschoben wird, ohne dadurch die Leistungsabgabe des Systems wesentlich zu beeinträchtigen (Schritt S403). Wenn z. B. die durch den Gleichstromwandler 60 geleitete Leistung in den positiven Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen geraten ist, wird die durch den Gleichstromwandler 60 geleitete Leistung in eine Richtung verschoben, in der ein durch die Sekundärbatterie 50 bereitgestellter ein Unterstützungsbetrag zunimmt (positive Richtung), ohne dadurch die Leistungsabgabe des Systems wesentlich zu beieinträchtigen, wodurch der Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen vermieden wird (siehe durchgeleitete Leistung a → durchgeleitete Leistung a' in 4).
Wenn hingegen die durch den Gleichstromwandler 60 geleitete Leistung, die der Leistungsverteilung entsprechend erhalten wird, z. B. in den negativen Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen geraten ist, wird die durch den Gleichstromwandler 60 geleitete Leistung in eine Richtung verschoben, in der ein durch den Brennstoffzellenstapel 20 erzeugter Leistungsbetrag zunimmt (negative Richtung), ohne dadurch die Leistungsabgabe des Systems zu beeinträchtigen, wodurch der Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen vermieden wird (siehe durchgeleitete Leistung b → durchgeleitete Leistung b' in 4). Insbesondere wird dabei durch die Steuerungsvorrichtung (Antriebssteuereinheit) 80 ein Leistungsverschiebungsbefehl an den Gleichstromwandler 60 ausgegeben, um die bestimmte durchgeleitete Leistung nach der Verschiebung zu erhalten (Schritt S404), der Antrieb des Gleichstromwandlers 60 gesteuert, um die durchgeleitete Leistung nach der Verschiebung zu erhalten, und dann die Verarbeitung beendet.
Wie vorstehend beschrieben kann der Antrieb des Gleichstromwandlers, in dem der Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen vermieden wird, auch durch das Verschieben der durch den Gleichstromwandler geleiteten Leistung ermöglicht werden.
C. Dritte Ausführungsform
6 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer durchgeleiteten Leistung und einem Totzeit-Kompensationswert des Gleichstromwandlers 60 für einen bestimmte Anzahl von aktiven Phasen zeigt. Durch die durchgehend gezogene Linie wird der Graph für den Fall angezeigt, in dem eine Schaltsteuerung des Gleichstromwandlers 60 mit einem Steuerungssignal mit einer Trägerfrequenz Fn ausgeführt wird, und durch die gestrichelte Linie wird der Graph für den Fall angezeigt, wo eine Schaltsteuerung des Gleichstromwandlers 60 mit einem Steuerungssignal mit einer Trägerfrequenz Fm (< Fn) ausgeführt wird. In der vorstehend angeführten zweiten Ausführungsform wird der Antrieb des Gleichstromwandlers 60, in dem der Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen vermieden wird, durch Verändern der durchgeleiteten Leistung ermöglicht. In einer dritten Ausführungsform wird der Antrieb des Gleichstromwandlers 60, in dem der Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen vermieden wird, durch Verändern der Trägerfrequenz ermöglicht.
Wie in 6 gezeigt ist, verändert sich ein Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen, in dem ein Totzeit-Kompensationswert stark variiert, entsprechend der Trägerfrequenz des Gleichstromwandlers 60. Dies ist darin begründet, dass eine Variation ΔI des Stroms, der in den Spulen des Gleichstromwandlers 60 fließt, durch Veränderung einer Trägerfrequenz F variiert, und auch der Totzeit-Kompensationswert dementsprechend variiert. ΔI = V·ΔT/L ΔT = 1/F
V stellt eine Spannung dar, L stellt eine Induktivität dar, I stellt einen Strom dar und F stellt eine Trägerfrequenz dar.
7 zeigt die Beziehung zwischen einem Steuerungssignal zum Ausführen einer Schaltsteuerung an den IGBT-Bauelementen Tn1 bis Tr12 und dem Welligkeitsstrom, der in den Spulen L1 bis L3 fließt. Der Einfachheit halber wird als Beispiel der Fall eines Einphasenbetriebs beschrieben. Eine Zeitspanne Tn ist eine Zeitspanne, während der die IGBT-Bauelemente Tn1 bis Tr10 eingeschaltet sind, und eine Zeitspanne Tp ist eine Zeitspanne, während der die IGBT-Bauelemente Tr4 und Tr7 eingeschaltet sind. Ein Trägerzyklus entspricht Tn + Tp. Unter der Annahme, dass der maximale Wert des Welligkeitsstroms durch In dargestellt wird und dass der minimale Wert desselben durch Ip dargestellt wird, entspricht die Breite des Welligkeitsstroms In – Ip. ZP stellt einen Punkt der Nullkreuzung des Welligkeitsstroms dar (der nachstehend als Nullkreuzungspunkt bezeichnet wird).
Wenn der Nullkreuzungspunkt ZP vorhanden ist, wird die Richtung (Vorzeichen) des Welligkeitsstroms häufig umgekehrt, und somit wird das Spannungssteuerungsverhalten des Gleichstromwandlers 60 deutlich reduziert. Dementsprechend tritt der Nullkreuzungspunkt ZP in einem Bereich auf, wo ein Totzeit-Kompensationswert stark variiert, d. h. in einem Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen. Wenn es sich hingegen bei dem maximalen Wert In um einen negativen Wert handelt, oder wenn es sich bei dem minimalen Wert Ip um einen positiven Wert handelt, liegt kein Nullkreuzungspunkt ZP vor, und der Gleichstromwandler 60 weist somit ein zufriedenstellendes Spannungssteuerungsverhalten auf. Ist ferner der Nullkreuzungspunkt ZP in der Mitte der Welligkeitsstrombreite vorhanden, wird das Vorzeichen des Welligkeitsstroms in Bezug auf den Nullkreuzungspunkt ZP symmetrisch umgekehrt, und der Gleichstromwandler 60 weist somit ein zufriedenstellendes Spannungssteuerungsverhalten auf.
Wie in 7 gezeigt, verkürzen sich die Zeitspannen Tn und TP, wenn die Trägerfrequenz erhöht wird. Daraus kann geschlossen werden, dass die Welligkeitsstrombreite abnimmt. Wenn umgekehrt die Trägerfrequenz reduziert wird, verlängern sich die Zeitspannen Tn und TP, und somit vergrößert sich die Welligkeitsstrombreite. Wenn sich die Welligkeitsstrombreite verändert, kommt es zu einer dementsprechenden Variation des Nullkreuzungspunkts des Welligkeitsstroms. Folglich wird die Trägerfrequenz verändert, wodurch der Betriebspunkt des Gleichstromwandlers 60 aus dem Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen bewegt wird.
Als nächstes erfolgt unter Bezugnahme auf 8 eine ausführliche Beschreibung des Steuerungsvorgangs zum Vermeiden des Bereichs mit dem reduzierten Ansprechvermögen für den Gleichstromwandler 60, der durch die Steuerungsvorrichtung 80 zu vorbestimmten Zeitpunkten ausgeführt (z. B. wenn der Betrieb gestartet oder gestoppt wird, oder in konstanten Zeitintervallen während des Betriebs).
8 ist ein Flussdiagramm, dass die Steuerungsverarbeitung zum Vermeiden des Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
Die Steuerungsvorrichtung 80 erhält die für das Gesamtsystem angeforderte Leistung basierend auf Signalen (Fahrpedalöffnungsgrad-Signal etc.), die von den verschiedenen Sensoren ausgegeben werden, und bestimmt die Leistungsverteilung zwischen dem Brennstoffzellenstapel 20 und der Sekundärbatterie 50 (Schritt S601).
Die Steuerungsvorrichtung (Berechnungseinheit) 80 beurteilt, ob die durch den Gleichstromwandler 60 durchgeleitete Leistung, die der Leistungsverteilung entsprechend erhalten wird, in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen geraten ist oder nicht (Schritt S602).
Wenn die Steuerungsvorrichtung 80 bestimmt, dass die durch den Gleichstromwandler 60 geleitete Leistung nicht in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen geraten ist (Schritt S602: NEIN), weist dies darauf hin, dass der Gleichstromwandler 60 angemessen angetrieben wird (d. h. dass die Spannungssteuerbarkeit sich nicht verschlechtert hat). Somit verlässt die Steuerungsvorrichtung 80 die Verarbeitung dieser Routine, um die Verarbeitung zu beenden.
Wenn hingegen die Steuerungsvorrichtung (Frequenzsteuereinheit) 80 bestimmt, dass die durch den Gleichstromwandler 60 geleitete Leistung in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen geraten ist (Schritt S602: JA), bestimmt die Steuerungsvorrichtung 80 eine Trägerfrequenz nach einer Veränderung, um den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen zu vermeiden (Schritt S603). Die Steuerungsvorrichtung (Antriebssteuereinheit) 80 gibt dann einen Trägerfrequenz-Veränderungsbefehl (z. B. die Trägerfrequenz Fm → Fn) an den Gleichstromwandler 60 aus (Schritt S604), steuert den Antrieb des Gleichstromwandlers 60 mit der Trägerfrequenz nach der Veränderung und beendet dann die Verarbeitung.
Wie vorstehend beschrieben, kann der Antrieb des Gleichstromwandlers, in dem der Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen vermieden wird, auch durch Verändern der Trägerfrequenz ermöglicht werden.
D. Modifizierung (nicht Teil der Erfindung)
Die vorstehend beschriebenen Konfigurationen der Ausführungsformen können willkürlich miteinander kombiniert werden, um die verschiedenen Parameter (die Anzahl der aktiven bzw. stromdurchflossenen Phasen, die durchgeleitete Leistung und die Trägerfrequenz) des Gleichstromwandlers 60 so zu steuern, dass sich diese entsprechend der Leistungsverteilung in einem Optimalzustand befinden, wodurch die Spannungssteuerbarkeit des Gleichstromwandlers 60 verbessert wird.
Die Steuerung des Gleichstromwandlers 60, die durch die Steuerungsvorrichtung 80 zu vorbestimmten Zeitpunkten (z. B. wenn der Betrieb gestartet oder gestoppt wird, oder in konstanten Zeitintervallen während des Betriebs) ausgeführt wird, wird nachstehend unter Bezugnahme auf 9 ausführlicher beschrieben.
9 ist ein Flussdiagramm, dass eine Steuerungsverarbeitung für den Gleichstromwandler 60 gemäß einer Modifizierung zeigt, welche nicht Teil der Erfindung ist.
Die Steuerungsvorrichtung berechnet eine Rate, mit der sich ein Fahrpedalöffnungsgrad verändert, basierend auf z. B. einem Fahrpedalöffnungsgrad-Signal, das durch den Beschleunigungssensor (Sensor) 93 aufeinanderfolgend erfasst wird (Schritt S701). Die Steuerungsvorrichtung (Erfassungseinheit, Beurteilungseinheit) 80 setzt den Betrieb dann bei Schritt S702 fort, und vergleicht die erhaltene Rate, mit der der Fahrpedalöffnungsgrad verändert wird, mit einem voreingestellten Schwellwert zum Bestimmen einer plötzlich eintretenden Veränderung (Einstellungsschwellwert) und beurteilt, ob die erhaltene Rate, mit der der Fahrpedalöffnungsgrad verändert wird, den Schwellwert zum Bestimmen einer plötzlich eintretenden Veränderung überschreitet (d. h. ob eine angeforderte Spannung für den Brennstoffzellenstapel 20 sich plötzlich verändert hat) (Schritt S702). Im vorliegenden Fall wird der Schwellwert zum Bestimmen einer plötzlich eintretenden Veränderung durch Experimente etc. im Voraus erhalten und bezieht sich auf die Rate, mit der der Fahrpedalöffnungsgrad verändert wird, in dem Fall, wenn eine plötzliche Veränderung der angeforderten Spannung für den Brennstoffzellenstapel 20 stattfindet.
Wenn die Steuerungsvorrichtung 80 bestimmt, dass die angeforderte Spannung für den Brennstoffzellenstapel 20 sich nicht plötzlich verändert hat (Schritt S702: NEIN), verlässt die Steuerungsvorrichtung 80 die Verarbeitung dieser Routine, um die Verarbeitung zu beenden. Wenn hingegen die Steuerungsvorrichtung (Parametersteuereinheit) 80 bestimmt, dass die angeforderte Spannung für den Brennstoffzellestapel 20 sich plötzlich verändert hat (Schritt S702: JA), steuert die Steuerungsvorrichtung 80 die Parameter, d. h. die Anzahl der aktiven Phasen, die durchgeleitete Leistung und die Trägerfrequenz, so dass sich diese im Optimalzustand befinden, um die Spannungssteuerbarkeit des Gleichstromwandlers 60 zu verbessern (Schritt S703). Anhand eines Beispiels wird dies näher erläutert. Die Anzahl der aktiven Phasen für den Gleichstromwandler 60 wird so geschaltet, dass die Welligkeit des Stroms minimal ist. Die Trägerfrequenz des Gleichstromwandlers 60 wird in eine steuerbare Frequenz verändert, die einer Betriebsdaueraktualisierung am nächsten ist. In Bezug auf durch den Gleichstromwandler 60 geleitete Leistung wird die durchgeleitete Leistung so verschoben, dass der Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen, basierend auf der vorbestimmten Anzahl von aktiven Phasen (z. B. drei Phasen) und einer Trägerfrequenz (z. B. Trägerfrequenz Fm), vermieden wird. Die Steuerungsvorrichtung 80 steuert den Antrieb des Gleichstromwandlers, wie vorstehend beschrieben, und beendet dann die Verarbeitung.
Wie vorstehend beschrieben, werden gemäß der vorstehenden Ausführungsform die verschiedenen Parameter des Gleichstromwandlers 60 so geschaltet, dass sie sich im Optimalzustand befinden, auch wenn sich die angeforderte Spannung für den Brennstoffzellenstapel 20 aufgrund einer deutlichen Veränderung des Fahrpedalöffnungsgrads (zum Zeitpunkt eines raschen Starts, während einer raschen Beschleunigung etc.) plötzlich verändert, wodurch die Spannungssteuerbarkeit des Gleichstromwandlers 60 verbessert wird.
Zu beachten ist, dass in Bezug auf die Steuerung des Gleichstromwandlers 60 im Fall einer plötzlichen Veränderung der angeforderten Spannung für den Brennstoffzellenstapel 20 alle drei Parameter (die Anzahl der aktiven Phasen, die durchgeleitete Leistung und die Trägerfrequenz) als einem Schaltvorgang unterliegende Objekte behandelt werden können, und zudem kann ein beliebiger der Parameter (z. B. die Anzahl der aktiven Phasen) oder zwei Parameter (z. B. die durchgeleitete Leistung und die Trägerfrequenz) der Parameter als (ein) einem Schaltvorgang unterliegende(s) Objekt(e) behandelt werden. Ob die angeforderte Spannung für den Brennstoffzellenstapel 20 sich plötzlich verändert hat oder nicht, kann ferner basierend auf verschiedenen Signalen beurteilt werden, wie z. B. dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 92 erfasst wird, und dem Anforderungsleistungssignal von der BZ-Hilfsvorrichtung.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist ein Diagramm einer Hauptkonfiguration eines Brennstoffzellensystems gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer durchgeleiteten Leistung und einem Totzeit-Kompensationswert eines Gleichstromwandlers gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, dass eine Steuerungsverarbeitung zum Vermeiden des Bereichs mit dem reduzierten Ansprechvermögen gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer durchgeleiteten Leistung und einem Totzeit-Kompensationswert eines Gleichstromwandlers gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
5 ist ein Flussdiagramm, dass eine Steuerungsverarbeitung zum Vermeiden des Bereichs mit dem reduzierten Ansprechvermögen gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
6 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer durchgeleiteten Leistung und einem Totzeit-Kompensationswert eines Gleichstromwandlers gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Steuersignal und einem Welligkeitsstrom in dem Gleichstromwandler gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Flussdiagramm, das die Steuerungsverarbeitung zum Vermeiden des Bereichs mit dem reduzierten Ansprechvermögen gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
9 ist ein Flussdiagramm, das die Steuerungsverarbeitung für einen Gleichstromwandler gemäß einer Modifizierung, welche nicht Teil der Erfindung ist, zeigt.
Bezugszeichenliste

10: Brennstoffzellensystem, 20: Brennstoffzellenstapel, 21: BZ-Hilfsvorrichtung, 22: Zellenspannungsdetektor, 30: Antriebsleistungs-Wechselrichter, 40: Antriebsmotor, 50: Sekundärbatterie, 60: Gleichstromwandler, 70; Fahrzeug-Hilfsvorrichtung, 80: Steuerungsvorrichtung.

Claims

Brennstoffzellensystem, aufweisend: einen mehrphasigen Gleichstromwandler zum Erhöhen/Verringern einer Ausgangsspannung einer Brennstoffzelle; eine Einstellungseinheit, die die Anzahl der aktiven Phasen für den Gleichstromwandler einstellt; eine Berechnungseinheit, die eine durch den Gleichstromwandler geleitete Leistung berechnet; eine Anzahl-von-Phasen-Steuereinheit, die, wenn die berechnete durchgeleitete Leistung in einen Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen fällt, von der Anzahl der aktiven Phasen des gegenwärtigen Moments auf die Anzahl der aktiven Phasen schaltet, bei der die durchgeleitete Leistung nicht in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen fällt; und eine Antriebssteuereinheit, die den Gleichstromwandler mit der Anzahl der Phasen nach dem Schalten antreibt.
Brennstoffzellensystem, aufweisend: einen Gleichstromwandler zum Erhöhen/Verringern einer Ausgangsspannung einer Brennstoffzelle; eine Berechnungseinheit, die eine durchgeleitete Leistung des Gleichstromwandlers berechnet; eine Leistungssteuereinheit, die, wenn die berechnete durchgeleitete Leistung in einen Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen fällt, eine durch den Gleichstromwandler geleitete Leistung bestimmt, so dass die durchgeleitete Leistung nicht in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen fällt; und eine Antriebssteuereinheit, die den Gleichstromwandler antreibt, so dass die bestimmte durchgeleitete Leistung erhalten wird.
Brennstoffzellensystem, aufweisend: einen Gleichstromwandler zum Erhöhen/Verringern einer Ausgangsspannung einer Brennstoffzelle; eine Berechnungseinheit, die eine durchgeleitete Leistung des Gleichstromwandlers berechnet; eine Einstellungseinheit, die eine Trägerfrequenz eines Steuersignals zum Steuern eines Schaltbetriebs des Gleichstromwandlers einstellt; eine Frequenzsteuereinheit, die, wenn die berechnete durchgeleitete Leistung in einen Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen fällt, die Trägerfrequenz des gegenwärtigen Moments in eine Trägerfrequenz verändert, mit der die durchgeleitete Leistung nicht in den Bereich mit reduziertem Ansprechvermögen fällt; und eine Antriebssteuereinheit, die den Gleichstromwandler mit der Trägerfrequenz nach der Veränderung antreibt.