DE112009004880T5 - Brennstoffzellensystem und Leistungssteuerungsverfahren für selbiges - Google Patents

Brennstoffzellensystem und Leistungssteuerungsverfahren für selbiges Download PDF

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Abstract

Es wird ein Brennstoffzellensystem, das einen Leistungsverbrauch durch Verhindern eines unnötigen Betriebs eines Gleichstromwandlers reduzieren kann, sowie ein Leistungssteuerungsverfahren für dasselbe geschaffen. Das Brennstoffzellensystem mit einem Inverter, der mit einer Lastvorrichtung verbunden ist, einem ersten Wandler, der zwischen einer Brennstoffzelle und dem Inverter verbunden ist, und eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle einstellt, und einem zweiten Wandler, der zwischen einer Leistungsspeichervorrichtung und dem Inverter verbunden ist und eine Eingangsspannung des Inverters einstellt, beinhaltet eine Berechnungseinrichtung (204) für eine von der Brennstoffzelle gewünschte Ausgangsspannung zum Berechnen einer gewünschten Ausgangsspannung der Brennstoffzelle, eine Berechnungseinrichtung (205) für eine gewünschte Invertereingangsspannung zum Berechnen einer gewünschten Eingangsspannung des Inverters; eine Vergleichseinrichtung (206) zum Vergleichen der gewünschten Ausgangsspannung der Brennstoffzelle mit der gewünschten Eingangsspannung des Inverters; und eine Wandlerbetriebs-Steuereinrichtung (207) zum Bewirken, dass der Betrieb des ersten Wandlers unterbrochen wird, wenn entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle die gewünschte Eingangsspannung des Inverters nicht unterschreitet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein an einem Fahrzeug montiertes Brennstoffzellensystem und insbesondere ein Brennstoffzellensystem mit zwei Gleichstromwandlern.
  • Technischer Hintergrund
  • Als ein an einem Fahrzeug montiertes Brennstoffzellensystem ist ein System mit einer Mehrzahl von Gleichstromwandlern entwickelt worden. So offenbart zum Beispiel die Patentveröffentlichung JP-A-2007-209161 ein Brennstoffzellensystem mit einem ersten Gleichstromwandler, der zwischen einer Leistungsspeichervorrichtung und einem Inverter angeordnet ist, und einem zweiten Gleichstromwandler, der zwischen einer Brennstoffzelle und dem Inverter angeordnet ist.
  • Überschreitet in dem System eine Soll-Motorleistung einen vorbestimmten Schwellwert, schaltet der erste Gleichstromwandler ab, wird der zweite Gleichstromwandler in einen direkt verbundenen Zustand versetzt, und anstelle der Ausgangsleistung der Leistungsspeichervorrichtung wird einem Motor die Ausgangsleistung der leistungsstarken Brennstoffzelle zugeführt. Unterschreitet hingegen die Soll-Motorleistung den vorbestimmten Schwellwert, wird der erste Gleichstromwandler betrieben, um zu bewirken, dass zusätzliche Leistung von der Leistungsspeichervorrichtung zugeführt wird, und der zweite Gleichstromwandler wird in einen elektrisch direkt verbunden Zustand versetzt. Mit einer solchen Konfiguration kann verhindert werden, dass die Fahrbetriebsleistung eines Fahrzeugs verringert wird, und es wird eine effektive Leistungsumwandlung ermöglicht (Patentschrift 1).
  • Liste der Entgegenhaltungen
  • Patentschriften
  • Patentschrift 1: Patentveröffentlichung JP-A-2007 209161
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Da jedoch in der Erfindung gemäß der vorstehend angeführten Patentschrift 1 der Gleichstromwandler auf Basis der Ausgangsleistung zwischen dem ersten und dem zweiten Gleichstromwandler geschaltet wird, wird die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle in manchen Fällen höher als die Eingangsspannung des Inverters. Auch wenn in einem solchen Fall keine Notwendigkeit besteht, die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle zu erhöhen, folgt daraus, dass der Gleichstromwandler (der zweite Gleichstromwandler in der Patentschrift 1) unnötigerweise angetrieben wird. Also wird die Betriebsleistung des Wandlers unnötigerweise verbraucht bzw. verschwendet.
  • Im Hinblick darauf ist es zur Lösung der vorstehend geschilderten Problematik gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung der vorliegenden Anmeldung eine Aufgabe derselben, ein Brennstoffzellensystem, das einen Leistungsverbrauch dadurch reduzieren kann, dass der unnötige Betrieb des Gleichstromwandlers verhindert wird, sowie ein Leistungssteuerungsverfahren für dasselbe zu schaffen.
  • Lösung des Problems
  • Ein Aspekt des Brennstoffzellensystems zur Lösung des vorstehend geschilderten Problems beinhaltet einen Inverter, der mit einer Lastvorrichtung verbunden ist, einen ersten Wandler, der zwischen einer Brennstoffzelle und dem Inverter verbunden ist und eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle einstellt, einen zweiten Wandler, der zwischen einer Leistungsspeichervorrichtung und dem Inverter verbunden ist und eine Eingangsspannung des Inverters einstellt, sowie eine Steuervorrichtung, die den ersten Wandler und den zweiten Wandler steuert, wobei die Steuervorrichtung bewirkt, dass eine jeweils höhere Spannung von einer benötigten bzw. gewünschten Ausgangsspannung der Brennstoffzelle oder einer benötigten bzw. gewünschten Eingangsspannung des Inverters als die Eingangsspannung des Inverters ausgegeben wird.
  • Da gemäß einer derartigen Konfiguration die jeweils höhere von der gewünschten Ausgangsspannung oder der gewünschten Eingangsspannung des Inverters ausgewählt wird, wird verhindert, dass die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle die Eingangsspannung des Inverters überschreitet. Somit kann ein nicht notwendiger Betrieb des ersten Wandlers verhindert werden.
  • Insbesondere vergleicht die Steuervorrichtung die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle mit der gewünschten Eingangsspannung des Inverters und bewirkt, das der Betrieb des ersten Wandlers unterbrochen wird, wenn entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle die gewünschte Eingangsspannung des Inverters nicht unterschreitet.
  • Genauer gesagt heißt das, dass es bei einem weiteren Aspekt der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung um ein Brennstoffzellensystem geht, das einen Inverter, der mit einer Lastvorrichtung verbunden ist, einen ersten Wandler, der zwischen einer Brennstoffzelle und dem Inverter verbunden ist und eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle einstellt, und einen zweiten Wandler aufweist, der zwischen einer Leistungsspeichervorrichtung und dem Inverter verbunden ist und eine Eingangsspannung des Inverters einstellt, wobei das Brennstoffzellensystem beinhaltet: eine Berechnungseinrichtung für eine gewünschte Brennstoffzellen-Ausgangsspannung zum Berechnen einer gewünschten Ausgangsspannung der Brennstoffzelle; eine Berechnungseinrichtung für eine gewünschte Inverter-Eingangsspannung zum Berechnen einer gewünschten Eingangsspannung des Inverters; eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der gewünschten Ausgangsspannung der Brennstoffzelle und der gewünschten Eingangsspannung des Inverters; und eine Wandlerbetriebs-Steuerungseinrichtung, die bewirken soll, dass ein Betriebs des ersten Wandlers unterbrochen wird, wenn entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle die gewünschte Eingangsspannung des Inverters nicht unterschreitet.
  • Darüber hinaus handelt es sich bei einem Aspekt des Leistungssteuerungsverfahrens für die Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung um ein Leistungssteuerungsverfahren für ein Brennstoffzellensystem mit einem Inverter, der mit einer Lastvorrichtung verbunden ist, einem ersten Wandler, der zwischen einer Brennstoffzelle und dem Inverter verbunden ist und eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle einstellt, und einem zweiten Wandler, der zwischen einer Leistungsspeichervorrichtung und dem Inverter verbunden ist und eine Eingangsspannung des Inverters einstellt, wobei das Verfahren die Schritte Berechnen einer gewünschten Ausgangsspannung der Brennstoffzelle, Berechnen einer gewünschten Eingangsspannung des Inverters, Vergleichen der gewünschten Ausgangsspannung der Brennstoffzelle und der gewünschten Eingangsspannung des Inverters sowie Bewirken, dass ein Betrieb des ersten Wandlers unterbrochen wird, wenn entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle die gewünschte Eingangsspannung des Inverters nicht unterschreitet, beinhaltet.
  • Wenn gemäß einer derartigen Konfiguration entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle die gewünschte Eingangsspannung des Inverters nicht unterschreitet, wird der Betrieb des ersten Wandlers verhindert, und ein unnötiger Leistungsumwandlungsvorgang kann somit verhindert werden.
  • Bei der vorliegenden Erfindung können die nachfolgend aufgeführten Elemente auf Wunsch selektiv hinzugefügt werden.
    • (1) Der erste Wandler hält vorzugsweise den elektrischen Verbindungszustand zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter aufrecht, während der Betrieb des ersten Wandlers unterbrochen ist. Bei dieser Konfiguration dient die gewünschte Eingangsspannung des Inverters als die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle, während der Betrieb des ersten Wandlers unterbrochen ist, und ein Niedereffizienzbetriebszustand basierend auf der Leistungszufuhr von der Leistungsspeichervorrichtung kann somit eingerichtet werden.
    • (2) Wenn entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle eine durch Addieren einer ersten Begrenzungs- bzw. Differenzspannung zu der gewünschten Eingangsspannung des Inverters erhaltene Spannung nicht unterschreitet, wird der Betrieb des ersten Wandlers vorzugsweise unterbrochen. Erst wenn einer derartigen Konfiguration gemäß die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle die Spannung nicht unterschreitet, die durch Addieren der ersten Differenzspannung erhalten wird, die dem Begrenzungs- bzw. Differenzwert zum Zeitpunkt der Unterbrechung der gewünschten Eingangsspannung des Inverters entspricht, wird davon ausgegangen, dass die Unterbrechungsbedingung des ersten Inverters erfüllt ist. Nachdem somit die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle die gewünschte Eingangsspannung des Inverters nicht unterschreitet, wird eine kurze Wartzeit abgewartet, und dementsprechend kann der Betrieb des ersten Wandlers unterbrochen werden, nachdem die Eingangsspannung des Inverters die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle mit Sicherheit überschritten hat. Ein nicht notwendiger Leistungsverbrauch kann daher zuverlässig verhindert werden.
    • (3) Wenn entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle niedriger als eine Spannung ist, die durch Addieren einer zweiten Differenzspannung zu der gewünschten Eingangsspannung des Inverters erhalten wird, wird der Betrieb des ersten Wandlers bevorzugt nach Verstreichen einer zweiten Wartezeit gestartet. Erst nachdem einer solchen Konfiguration gemäß entschieden worden ist, dass die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle die Spannung unterschreitet, die durch Addieren der dem Differenzwert zum Zeitpunkt des Betriebsstarts entsprechenden zweiten Differenzspannung zu der gewünschten Eingangsspannung des Inverters erhalten wird, wird davon ausgegangen, dass die Betriebsstartbedingung des ersten Inverters erfüllt ist. Somit wird der Betrieb des ersten Inverters gestartet, bevor die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle die gewünschte Eingangsspannung des Inverters unterschreitet, und demzufolge kann die Leistungsumwandlung der Brennstoffzelle ohne Ansprechverzögerung gestartet werden.
  • Ein Defizit bzw. Mangel einer der Lastvorrichtung zugeführten Leistung kann somit verhindert werden.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Da gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung der nicht notwendige Antrieb des Gleichstromwandlers verhindert wird, kann der Leistungsverbrauch des Brennstoffzellensystems verhindert werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine Systemkonfigurationsansicht eines BZHF-Systems gemäß einer Ausführungsform;
  • 2 ist ein Diagramm von Funktionsblöcken zum Ausführen einer Leistungssteuerung für ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
  • 3 ist eine charakteristische Ansicht, die eine Strom-Spannungs-(I-V)-Kennlinie f0 und eine Leistungskurve zeigt, die eine gewünschte Brennstoffzellenleistung PREQ einer Brennstoffzelle anzeigt;
  • 4 ist eine charakteristische Ansicht, die eine Kennlinie f1 einer erzeugten Leistung (Pfc) – Ausgangsanschlussspannung (Vfc) in der Brennstoffzelle und eine Kennlinie f2 einer Antriebsleistung (PM) – Eingangsanschlussspannung (Vinv) in einem Motor zeigt;
  • 5 ist ein Beispiel für eine zeitliche Veränderung von jeweils einer gewünschten Brennstoffzellenausgangsspannung VfcREQ und einer gewünschten Invertereingangsspannung VinvREQ,
  • 6 ist ein Beispiel für eine zeitliche Veränderung einer Invertereingangs-Einheitsspannung Vinv eines Inverters, wenn die vorliegende Erfindung in den Kennlinien von 4 angewendet wird;
  • 7 ist ein Leistungssteuerungsflussdiagramm des Brennstoffzellensystems gemäß einer vorliegenden ersten Ausführungsform;
  • 8 ist ein Beispiel für einen Antriebssteuerungsbefehl CVfc eines ersten Wandlers 11 gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 9 ist ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung einer Zeitsteuerung zum Schalten des ersten Wandlers 11 gemäß einer vorliegenden zweiten Ausführungsform; und
  • 10 ist ein Leistungssteuerungsflussdiagramm eines Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Nachfolgend werden in der Beschreibung bevorzugte Ausführungsformen zum Ausführen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
  • In der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung sind gleichartige oder identische Teile durch gleichartige oder identische Bezugszeichen gekennzeichnet. Es wird darauf hingewiesen, dass die Zeichnung schematischer Natur ist. Spezifische Kennlinien und dergleichen sind demzufolge unter Berücksichtigung der nachstehenden Beschreibung zu ermitteln. Darüber hinaus versteht es sich von selbst, dass in den einzelnen Zeichnungen bzw. Figuren Teile mit unterschiedlichen Eigenschaften enthalten sind. Auch wenn in jeder der nachstehenden Ausführungsformen beschrieben wird, dass eine Steuervorrichtung die gesamte Verarbeitung ausführt, bezieht sich die Ausführungsform auf den Fall, in dem eine Mehrzahl von Steuerungseinheiten zusammenwirken bzw. zusammenarbeiten, um die gesamte Verarbeitung der vorliegenden Erfindung entsprechend zu vollenden.
  • (Erste Ausführungsform)
  • Die vorliegende Ausführungsform betrifft einen Aspekt der Erfindung als einen grundlegenden Aspekt der vorliegenden Erfindung, in dem die jeweils höher Spannung von einer benötigten bzw. gewünschten Ausgangsspannung einer Brennstoffzelle oder einer benötigten bzw. gewünschten Eingangsspannung eines Inverters als eine Eingangsspannung des Inverters ausgegeben wird. Insbesondere betrifft die vorliegende erste Ausführungsform ein Leistungssteuerverfahren, in dem die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle und die gewünschte Eingangsspannung des Inverters miteinander verglichen werden und, wenn entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle die gewünschte Eingangsspannung des Inverters nicht unterschreitet, wird der Betrieb eines ersten Wandlers unterbrochen.
  • (Systemkonfiguration)
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines an einem Fahrzeug montierten Brennstoffzellensystems 100 gemäß der vorliegenden ersten Ausführungsform. Ein solches Fahrzeug ist ein FCHV (Fuel Cell Hybrid Vehicle) bzw. BZHF (Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug).
  • Das Brennstoffzellensystem 100 beinhaltet eine Brennstoffzelle 10, einen ersten Wandler 11, einen zweiten Wandler 12, eine Batterie 13, einen Inverter 14, einen Motor 5, einen Zubehörausrüstungsinverter 18, eine Hochspannungs-Zubehörausrüstung 19 und eine Steuervorrichtung 20.
  • Die Brennstoffzelle 10 ist eine Leistungserzeugungseinrichtung, die durch serielles Aneinanderstapeln von einer Mehrzahl von Einheitszellen erzeugt wird. Die Einheitszelle weist eine Struktur auf, in der eine MEA (Membranelektrodenanordnung), die dadurch erhalten wird, dass eine Ionenaustauschmembran, wie z. B. ein Polymerelektrolyt oder dergleichen, so angeordnet wird, dass sie von einer Anodenelektrode beidseitig umgeben wird, und eine Kathodenelektrode beidseitig von Separatoren umgeben wird. In der Anodenelektrode ist eine Anodenelektroden-Katalysatorschicht auf einer porösen Tragschicht angeordnet, während in der Kathodenelektrode eine Kathodenelektroden-Katalysatorschicht auf eine porösen Tragschicht angeordnet ist. Der Anodenelektrode einer jeden Einheitszelle wird ein Brenngas (z. B. ein Wasserstoffgas) über den Separator von einem Brenngaszuführsystem zugeführt, das nicht gezeigt ist. Der Kathodenelektrode einer jeden Einheitszelle wird ein oxidiertes Gas (z. B. Luft) über den Separator von einem Oxidationsgaszuführsystem zugeführt, das nicht gezeigt ist. Der Separator ist mit einer Leitung für ein Kühlmittel ausgebildet, und das Kühlmittel wird der Leitung von einem Kühlmittelzuführsystem zugeführt, das nicht gezeigt ist. In der Brennstoffzelle 10 läuft eine Oxidationsreaktion gemäß Ausdruck (1) in der Anodenelektrode, eine Reduktionsreaktion bzw. Redoxreaktion gemäß Ausdruck (2) in der Kathodenelektrode und eine elektromotorische Reaktion gemäß Ausdruck (3) in der gesamten Brennstoffzelle 10 ab. H2 → 2H+ + 2e– (1) (1/2) O2 + 2H+ + 2e– → H2O (2) H2 + (1/2) O2 → H2O (3)
  • Durch serielles Verbinden einer Mehrzahl von Einheitszellen gibt die Brennstoffzelle 10 eine Ausgangsanschlussspannung Vfc an einen Ausgangsanschluss aus. Die Brennstoffzelle 10 weist eine vorbestimmte Strom-Spannungs-Ausgangskennlinie auf, und ein Ausgangsstrom und eine Ausgangsleistung verändern sich entsprechend einer Veränderung der Ausgangsanschlussspannung Vfc.
  • Der erste Wandler 11 ist ein Spannungswandler und ist wie ein Gleichstromwandler konfiguriert. Wenn ein Dreiphasenbetriebssystem verwendet wird, weist der erste Wandler 11 eine Schaltungskonfiguration von z. B. einem dreiphasigen Brückenwandler oder dergleichen auf. Der dreiphasige Brückenwandler weist Schaltelemente einschließlich einer Induktionsspule, einer Gleichrichtungsdiode und eines IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gatelektrode) auf. Durch Kombinieren dieser drei Elemente entsteht ein Schaltungsteil ähnlich einem Inverter, in dem eine eingegebene Gleichstromspannung vorübergehend in einen Wechselstrom umgewandelt wird, sowie ein Teil, in dem der Wechselstrom wieder gleichgerichtet wird, so dass er in eine andere Gleichstromspannung umgewandelt wird. Es ist zu beachten, dass die Schaltungskonfiguration des ersten Wandlers 11 nicht auf die vorstehend beschriebene Konfiguration beschränkt ist, und dass eine beliebige Konfiguration, mit der die Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10 gesteuert werden kann, angewendet werden kann.
  • Bei dem ersten Wandler 11 ist der Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 10 auf der Primärseite verbunden, und der Eingangsanschluss des Inverters 14 ist auf der Sekundärseite verbunden. Der erste Wandler 11 ist so konfiguriert, dass die Anschlussspannung auf der Primärseite (die Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10) gemäß einem Befehl CVfc zum Antreiben von der Steuervorrichtung 20 gesteuert wird. Das heißt, dass durch den ersten Wandler 11 die Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10 so gesteuert wird, dass sie einer Spannung entspricht, die mit einer Soll-Ausgabe übereinstimmt (d. h. die Soll-Ausgangsanschlussspannung Vfc). Darüber hinaus ist der erste Wandler 11 so konfiguriert, dass die Spannung derart umgewandelt wird, dass die Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10 und eine Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14 miteinander übereinstimmen. Wenn außerdem ein Befehl CVfc zum Unterbrechen des Betriebs von der Steuervorrichtung 20 empfangen wird, ist der erste Wandler 11 so konfiguriert, dass ein Teil der inneren Schaltelemente in einen EIN-Zustand versetzt wird, so dass die Primärseite und die Sekundärseite elektrisch direkt verbunden sind.
  • Die Batterie 13 ist eine Leistungsspeichervorrichtung und funktioniert als eine Speicherquelle für eine überschüssige Leistung einer in der Brennstoffzelle 10 erzeugten Leistung, als eine Speicherquelle für eine Regenerationsenergie beim regenerativen Bremsen und als ein Energiepufferspeicher zum Zeitpunkt einer Laständerung, die mit einer Beschleunigung oder Verlangsamung eines Brennstoffzellenfahrzeugs einhergeht. Als die Batterie 13 werden z. B. Sekundärbatterien, wie z. B. eine Nickel-Cadmium-Batterie, eine Nickel-Wasserstoff-Batterie oder eine Lithium-Sekundärbatterie verwendet. Eine Ausgangsanschlussspannung VBAT der Batterie 13 dient als die Eingangsanschlussspannung des zweiten Wandlers 12.
  • Der zweite Wandler 12 ist ein Spannungswandler und ähnlich wie der erste Wandler 11 als Gleichstromwandler konfiguriert. Bei dem zweiten Wandler 12 ist der Ausgangsanschluss der Batterie 13 auf der Primärseite verbunden und der Eingangsanschluss des Inverters 14 auf der Sekundärseite verbunden. Der zweite Wandler 12 ist so konfiguriert, dass er die Anschlussspannung auf der Sekundärseite (die Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14) gemäß einem Befehl CVinv von der Steuervorrichtung 20 steuert. Wenn z. B. die gewünschte Leistung des Motors 15 verändert wird, ändert der zweite Wandler 12 die Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14, bis die Eingangsanschlussspannung Vinv die eingestellte Soll-Eingangsspannung erreicht. Der zweite Wandler 12 ist so konfiguriert, dass er eine schrittweise erfolgende Steuerung ausführt, bei der, nachdem die Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14 die Soll-Eingangsspannung erreicht, der erste Wandler 11 die Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10 steuert. Es wird darauf hingewiesen, dass als die Schaltungskonfiguration des zweiten Wandlers 12 eine beliebige Konfiguration angewendet werden kann, die in der Lage ist, die Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14 zu steuern.
  • Bei dem Inverter 14 handelt es sich um einen Leistungswandler, der so konfiguriert ist, dass er einen dem Eingangsanschluss zugeführten Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandeln und den Wechselstrom dem Motor 15 zuführen kann. Die Schaltungskonfiguration des Inverters 14 weist z. B. eine PWM-Inverterschaltung auf, die durch ein Pulsweitenmodulationsverfahren angesteuert bzw. angetrieben wird. Der Inverter 14 ist so konfiguriert, dass er eine dreiphasige Wechselstromleistung bzw. Drehstromleistung mit einer vorbestimmten Antriebsspannung Vd (Effektivwert) gemäß einem Befehl Cvd zum Spezifizieren einer gewünschten Inverterspannung von der Steuervorrichtung 20 dem Motor 15 zuführt. Darüber hinaus ist der Inverter 14 so konfiguriert, dass er die momentan ausgegebene Antriebsspannung (die Inverterausgangsspannung) Vd der Steuervorrichtung 20 als ein Antriebsspannungssignal SVd zuführt.
  • Bei dem Motor 15 handelt es sich um einen Fahrmotor zum Betreiben eines Fahrzeugs, der so konfiguriert ist, dass bei Zuführung einer Antriebsleistung das vorhandene Fahrzeug anschiebt, und eine Regenerativleistung erzeugt, wenn das Fahrzeug verlangsamt wird. Bei einem Differenzial 16 handelt es sich um eine Verlangsamungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie eine bei hoher Drehzahl erfolgende Umdrehung des Motors 15 bei einem vorbestimmten Verhältnis reduziert und bewirkt, dass eine mit Reifen 17 versehene Welle rotiert. Ein UpM- bzw. Drehzahlsensor 23 ist so konfiguriert, dass er die UpM des Motors 15 erfasst, um ein UpM-Signal SN an die Steuervorrichtung 20 auszugeben.
  • Der Zubehörausrüstungsinverter 18 ist ein Leistungswandler, der so konfiguriert ist, dass er einen dem Eingangsanschluss zugeführten Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt und den Wechselstrom der Hochspannungs-Zubehörausrüstung 19 zuführt. Die Schaltungskonfiguration des Zubehörausrüstungsinverters 18 ist mit der des vorstehend beschriebenen Inverters 14 identisch. Der Zubehörausrüstungsinverter 18 ist so konfiguriert, dass er der Hochspannungs-Zubehörausrüstung 19 gemäß einem Befehl CVd2 von der Steuervorrichtung 20 eine dreiphasige Wechsel stromleistung bzw. Drehstromleistung mit einer vorbestimmten Antriebsspannung Vd2 (Effektivwert) zuführt. Zu beachten ist, dass der Begriff Hochspannungs-Zubehörausrüstung 19 eine allgemeine Bezeichnung für einen Befeuchter, einen Luftkompressor, eine Wasserstoffpumpe und eine Kühlmittelpumpe ist, die nicht gezeigt sind und mit denen bewirkt werden soll, dass das vorliegende Brennstoffzellensystem 100 funktioniert.
  • Die Steuervorrichtung 20 ist ein Computersystem zum Steuern des Brennstoffzellensystems 100 und weist z. B. eine CPU, einen RAM und einen ROM auf. Die Steuervorrichtung 20 gibt ein Fahrpedalverstellsignal SACC in Übereinstimmung mit einem Fahrpedalverstellweg Acc von einem Fahrpedalverstellwegsensor 21 aus. Darüber hinaus gibt die Steuervorrichtung 20 verschiedene Signale von einer Sensorgruppe 22 aus, und führt verschiedene für die Steuerung gewünschte Berechnungen aus. Die Sensorgruppe 22 beinhaltet einen Stromsensor zum Erfassen des Ausgangsstroms der Brennstoffzelle 20, einen Spannungssensor zum Erfassen der Ausgangsanschlussspannung Vfc, einen Temperatursensor zum Erfassen der Kühlmitteltemperatur der Brennstoffzelle 10 und einen Drezahlsensor zum Erfassen der UpM des Luftkompressors, der Wasserstoffpumpe oder der Kühlmittelpumpe. Darüber hinaus gibt die Steuervorrichtung 20 das UpM-Signal SN von dem UpM-Sensor 23 zum Erfassen der UpM N des Motors 15 ein.
  • Um das gesamte System zu steuern, nimmt die Steuervorrichtung 20 auf diese Signale Bezug.
  • Die Beschreibung schildert die Steuervorrichtung 20 in einer Kurzdarstellung. Die Steuervorrichtung 20 berechnet ein gewünschtes Motordrehmoment TREQ auf Basis des Fahrpedalverstellwegs Acc und der Motor-UpM N. Dann berechnet die Steuervorrichtung 20 eine gewünschte Motorleistung PM auf Basis des gewünschten Motordrehmoments TREQ und der Motor-UpM N. Anschließend berechnet die Steuervorrichtung 20 eine für die Leistungserzeugung gewünschte Leistung PREQ auf Basis der gewünschten Motorleistung PM und ähnlichem. Dann berechnet die Steuervorrichtung 20 anhand einer Strom-Spannungs-(I-V-)Kennlinie der Brennstoffzelle 10 eine gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ als die Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10, die die für die Leistungserzeugung gewünschte Leistung PFC ausgeben soll. Je nach Bedarf teilt die Steuervorrichtung 20 die Ausgangsleistung für die Brennstoffzelle 10 und für die Batterie 13 auf. Anschließend gibt die Steuervorrichtung 20 den Befehl CVfc zum Steuern der Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10 aus, so dass die bestimmte gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ erhalten wird. Darüber hinaus gibt die Steuervorrichtung 20 den Befehl an den zweiten Wandler 12 aus, um die Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14 derart zu steuern, dass die bestimmte gewünschte Spannung der Batterie 13 extrahiert wird. Zudem gibt die Steuervorrichtung 20 den Befehl Cvd an den Inverter 14 aus, um zu bewirken, dass der Inverter 14 die gewünschte Antriebsspannung Vd ausgibt, um das Drehmoment des Motors 15 derart zu steuern, dass das gewünschte Motordrehmoment TREQ erhalten wird.
  • Insbesondere ist die vorliegende erste Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung 20 den Befehl Cvd ausgibt, wodurch die jeweils höhere Spannung von der gewünschten Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 oder einer gewünschten Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 als die Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14 ausgegeben wird.
  • (Funktionsblock)
  • 2 zeigt ein Diagramm für Funktionsblöcke zum Implementieren einer Leistungssteuerung des Brennstoffzellensystems 100, die durch die Steuervorrichtung 20 der vorliegenden ersten Ausführungsform funktional implementiert werden. Die Steuervorrichtung 20 ruft in periodischen oder nichtperiodischen Abständen ein Programm zum Ausführen einer Steuerverarbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung auf (siehe 8), und dabei werden diese Funktionsblöcke funktionell implementiert.
  • Zu beachten ist, dass die in 2 gezeigten Funktionsblöcke eine Konfiguration aufweisen, bei der die Funktionen der Einfachheit halber einzeln aufgegliedert sind, und dass die Funktion nicht, wie in 2 gezeigt, unbedingt getrennt voneinander aufgeführt sein müssen. Solange mit der Konfiguration die Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14 auf Basis der in 2 aufgeführten Eingaben gesteuert werden kann, können unter Verwendung der sich von den in 2 gezeigten unterscheidenden Funktionsblöcken die selben Funktionen implementiert werden.
  • Wie in 2 gezeigt, beinhaltet die Steuervorrichtung 20, als die Funktionsblöcke, eine Berechnungseinrichtung 201 für ein gewünschtes Motordrehmoment, eine Berechnungseinrichtung 202 für eine gewünschte Motorleistung, eine Berechnungseinrichtung 205 für eine für die Leistungserzeugung gewünschte Leistung, eine Berechnungseinrichtung 204 für eine gewünschte Brennstoffzellenausgangsspannung, eine Berechnungseinrichtung 205 für eine gewünschte Invertereingangsspannung, eine Vergleichseinrichtung 206 und eine Wandlerbetriebs-Steuerungseinrichtung 207.
  • Die Berechnungseinrichtung 201 für ein gewünschtes Motordrehmoment berechnet das gewünschte Ausgangsdrehmoment auf Basis des Fahrpedalverstellwegs Acc, der von dem Fahrpedalverstellwegsignal SACC erhalten wird, und der UpM N des Motors 15, die von dem UpM-Signal SN erhalten wird, um das gewünschte Drehmoment TREQ des Motors 15 zu bestimmen. Als eine typische Kennlinie des Motors wird bei der Bestimmung der UpM N des Motors und des Fahrpedalverstellwegs Acc ein erzeugbares Drehmoment entsprechend der UpM bestimmt (wobei die Kennlinie nachstehend als „N-T-Kennlinie” bezeichnet wird). Die Berechnungseinrichtung 201 für das gewünschte Motordrehmoment greift auf diese N-T-Kennlinie auf Basis des Fahrpedalverstellwegs Acc zurück und berechnet das gewünschte Motordrehmoment TREQ.
  • Die Berechnungseinrichtung 202 für die gewünschte Motorleistung ist ein Funktionsblock, der die gewünschte Motorleistung auf Basis des gewünschten Motordrehmoments TREQ berechnet. Die gewünschte Motorleistung PM entspricht einem Wert, der durch Multiplizieren des gewünschten Motordrehmoments TREQ mit der UpM N erhalten wird (PM = N × TREQ).
  • Die Berechnungseinrichtung 203 für eine für die Leistungserzeugung gewünschte Leistung ist ein Funktionsblock, der die für die Leistungserzeugung gewünschte Leistung PREQ der Brennstoffzelle auf Basis der gewünschten Motorleistung PM berechnet. Die für die Leistungserzeugung gewünschte Leistung PREQ wird durch Addieren der gewünschten Leistung einer anderen Lastvorrichtung als dem Motor zu der berechneten gewünschten Motorleistung PM berechnet. Zum Beispiel wird ein Wert, der durch Addieren einer Leistung PAUX der Hochspannungs-Zubehörausrüstung, die in der Hochspannungs-Zubehörausrüstung 19 benötigt wird, zu der gewünschten Motorleistung PM als die für die Leistungserzeugung gewünschte Leistung PREQ berechnet.
  • Die Berechnungseinrichtung 204 für die gewünschte Brennstoffzellenausgangsspannung berechnet die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 auf der Basis der bestimmten für die Leistungserzeugung gewünschten Leistung PREQ.
  • 3 zeigt eine Ausgangsstrom-Ausgangsspannungs-(I-V-)Kennlinie f0 und eine Leistungskurve, die die gewünschte Brennstoffzellenleistung PREQ der Brennstoffzelle 10 anzeigt. Während des Normalbetriebs verändert die Brennstoffzelle 10 den Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung gemäß der Brennstoffzellen-I-V-Kennlinie, die in 3 gezeigt ist. Die durch die vorstehende Berechnung bestimmte gewünschte Brennstoffzellenleistung PREQ weist eine hyperbolische isoelektrische Leistungslinie auf, die in 3 durch eine gestrichelte Linie angezeigt ist. Ein Schnittpunkt der I-V-Kennlinie f0 der Brennstoffzelle und der gewünschten Brennstoffzellenleistung PREQ dient als ein Betriebspunkt p0 des vorliegenden Brennstoffzellensystems 100.
  • In der Berechnungseinrichtung 204 für eine gewünschte Brennstoffzellenausgangsspannung wird die I-V-Kennlinie f0 der Brennstoffzelle von 3 im Voraus gespeichert, und, wenn die für die Leistungserzeugung gewünschte Leistung PREQ bestimmt wird, greift sie auf die gespeicherte I-V-Kennlinie f0 der Brennstoffzelle zurück, um den Schnittpunkt mit der bestimmten gewünschten Brennstoffzellenleistung PREQ zu berechnen. Bei diesem Schnittpunkt handelt es sich um den Betriebspunkt p0, der die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ und einen gewünschten Ausgangsstrom IfcREQ der Brennstoffzelle 10 bestimmt. Zu beachten ist, dass auch auf eine P-V-Kennlinie f1 der Brennstoffzelle, auf die später in 4 eingegangen wird, zurückgegriffen werden kann, um die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 als die Brennstoffzellen-Ausgangsspannung in Übereinstimmung mit der gewünschten Brennstoffzellenleistung PREQ zu bestimmen.
  • Die Berechnungseinrichtung 205 für eine gewünschte Invertereingangsspannung ist ein Funktionsblock, der die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ für den Inverter 14 berechnet. Die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 wird als die Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14 bestimmt, die bewirken soll, dass der Inverter 14 die bestimmte gewünschte Motorleistung PM ausgibt.
  • 4 zeigt eine Kennlinie einer erzeugten Leistung (Pfc) – Ausgangsanschlussspannung (Vfc) (P-V-Kennlinie der Brennnstoffzelle) f1 in der Brennstoffzelle 10, und eine Kennlinie einer Antriebsleistung (PM) des Motors 15 – Eingangsanschlussspannung (Vinv) des Inverters 14 (Motorleistungskennlinie) f2. Wie in der P-V-Kennlinie f1 der Brennstoffzelle in 4 gezeigt ist, nimmt in der Brennstoffzelle 10 die erzeugte Leistung zu, wenn die Ausgangsanschlussspannung Vfc abnimmt. Wie in der Motorleistungskennlinie f2 in 4 gezeigt ist, nimmt darüber hinaus die Eingangsanschlussspannung Vinv für den Inverter 14 zu, wenn die Antriebsleistung des Motors 15 zunimmt. In der Motorleistungskennlinie f2 von 4 entspricht die Antriebsleistung des Motors 15 der gewünschten Motorleistung PM, die durch die vorstehende Berechnung bestimmt wurde. Die Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14 entspricht der gewünschten Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14, die durch die vorstehende Berechnung bestimmt wird.
  • In der Berechnungseinrichtung 205 für die gewünschte Invertereingangsspannung wird die Kennlinie der Antriebsleistung (PM) des Motors 15 – Eingangsanschlussspannung (Vinv) des Inverters 14 im Voraus gespeichert, wie in der Motorleistungskennlinie f2 von 4 gezeigt ist. Anhand der bestimmten gewünschten Motorleistung PM greift die Berechnungseinrichtung 205 für die gewünschte Invertereingangsspannung auf die gespeicherte Motorleistungskennlinie f2 zurück, um die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 zu berechnen.
  • Die Vergleichseinrichtung 206 ist ein Funktionsblock, der die bestimmte gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 und die bestimmte gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 miteinander vergleicht.
  • Um den Motor 15 mit der gewünschten Leistung (der gewünschten Motorleistung PM) anzutreiben, muss die Eingangsanschlussspannung Vinv, die durch die Motorleistungskennlinie f2 von 4 bestimmt wird, in den Inverter 14 als die Minimalspannung eingegeben werden. Hierbei schneiden sich in 4 die P-V-Kennlinie f1 der Brennstoffzelle und die Motorleistungskennlinie f2 an einem Schnittpunkt p1 in Übereinstimmung mit einem Leistungsschwellwert Pth. In einem Bereich B, in dem die Leistung den Leistungsschwellwert Pth überschreitet, wenn die Brennstoffzelle 10 die für den Motor 15 gewünschte Leistung zuführt, ist die Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10 niedriger als die Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14. Folglich sollte die Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10 auf den Wert der gewünschten Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14 erhöht werden. Eine Vorrichtung zum Ausführen dieser Erhöhungsverarbeitung bildet der erste Wandler 11.
  • In einem Bereich A hingegen, in dem die Leistung den in 4 gezeigten Leistungsschwellwert Pth nicht überschreitet, ist die Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10 höher als die Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14, die zum Antreiben des Motors 15 benötigt wird. Daher besteht bei dem Betrieb im Bereich A keine Notwendigkeit, die Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10 weiter zu erhöhen. In diesem Fall kann dann die Ausgangsanschlussspannung Vfc von der Brennstoffzelle 10 als die Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14 zugeführt werden.
  • Die Vergleichseinrichtung 206 vergleicht die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 mit der gewünschten Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14. Dieser Vergleich entspricht der Erfassung des Betriebs auf der Seite des Bereichs A oder auf der Seite des Bereichs B im Vergleich mit dem Leistungsschwellwert Pth von 4. Die Beurteilung bzw. Entscheidung erfolgt durch die Wandlerbetriebs-Steuerungseinrichtung 207.
  • Die Wandlerbetriebs-Steuerungseinrichtung 207 ist ein Funktionsblock, der bewirkt, dass der Betrieb des ersten Wandlers 11 unterbrochen wird, wenn entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 nicht unterschreitet. Insbesondere gibt die Wandlerbetriebs-Steuerungseinrichtung 207 gemäß der vorstehenden Entscheidung den Befehl CVfc zum Unterbrechen oder Fortsetzen des Betriebs an den ersten Wandler 11 aus. Wenn der Befehl CVfc zum Unterbrechen des Betriebs empfangen wird, unterbricht der erste Wandler 11 den Spannungsumwandlungsbetrieb aus und hält den elektrischen Direktverbindungszustand, d. h. einen Stromleitungszustand, auf der Primär- und der Sekundärseite des ersten Wandlers 11 aufrecht. Dabei wird die Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10 genauso groß wie die Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14. Durch die vorstehende Verarbeitung wird an den Inverter 14 die jeweils höhere Spannung von der gewünschten Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 oder der gewünschten Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 ausgegeben.
  • 5 zeigt ein Beispiel für eine zeitliche Veränderung von jeweils der gewünschten Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 und der gewünschten Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14. In dem Brennstoffzellenfahrzeug kommt es bei einer Veränderung des Fahrpedalverstellwegs oder ähnlichem zu einer vorübergehenden Veränderung der Lastbedingungen. Verändern sich die Lastbedingungen, kommt es zu einer Schwankung der gewünschten Motorleistung PM. Jedes Mal, wenn die gewünschte Motorleistung PM schwankt, wie in 4 beschrieben ist, bewegt sich der Betriebspunkt zwischen dem Bereich A und dem Bereich B hin- und her. Während des Aufenthalts bzw. der Bewegung des Betriebspunkts im Bereich A ist die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 höher als die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14. Während des Aufenthalts bzw. der Bewegung des Betriebspunkts im Bereich B hingegen ist die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 höher als die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10, In 5 ist diese Art von Veränderung von jeweils der gewünschten Ausgangsspannung VfcREQ und der gewünschten Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 unter Verwendung einer Zeitachse aufgetragen.
  • 6 zeigt eine Veränderung der Eingangsanschlussspannung Vinv, die dem Inverter 14 zugeführt wird, wenn die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 und die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 sich wie in dem Beispiel von 5 in dem Brennstoffzellensystem 100 gemäß der vorliegenden ersten Ausführungsform verändern. In dem vorliegenden Brennstoffzellensystem 100 wird durch die Funktionsweise der vorstehenden Vergleichseinrichtung 206 und der Wandlerbetriebs-Steuerungseinrichtung 207 die jeweils höhere Spannung von der gewünschten Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 oder der gewünschten Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 als die Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14 ausgegeben.
  • Wie in 6 gezeigt ist, wird daher, wenn die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 höher als die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 ist, entschieden, dass der Betriebspunkt sich im Bereich B von 4 befindet. Folglich wird die durch den zweiten Wandler 12 ausgegebene gewünschte Eingangsspannung VinvREQ in den Inverter 14 eingegeben. Wenn hingegen die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 höher als die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 ist, wird entschieden, dass der Betriebspunkt sich im Bereich A von 4 befindet. Folglich wird der Betrieb des ersten Wandlers 11 unterbrochen und der direkt verbundene Zustand eingerichtet, so dass die Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10 (d. h. die gewünschte Brennstoffzellenausgangsspannung VfcREQ) dem Inverter 14 über den ersten Wandler 11 direkt zugeführt wird.
  • Es ist zu beachten, dass, wenn der Betriebspunkt sich im Bereich A befindet, der zweite Wandler 12 ebenfalls in einen nicht verbundenen Zustand versetzt werden kann, auch wenn er die Ausgangsanschlussspannung VBAT der Batterie 13 bis auf den Wert der gewünschten Brennstoffzellenausgangsspannung VfcREQ erhöhen kann. Wenn der zweite Wandler 12 in den nicht verbundenen Zustand versetzt wird, werden die Primärseite und die Sekundärseite des zweiten Wandlers 12 durch die Steuerung, in der alle Schaltelemente in dem zweiten Wandler 12 oder dergleichen abgeschaltet werden, elektrisch isoliert. Durch Einrichten des nicht verbundenen Zustands kann der aus dem Betrieb des zweiten Wandlers 12 resultierende Leistungsverbrauch verhindert werden.
  • (Betrieb)
  • Als nächstes wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 6 die Leistungssteuerungsverarbeitung des Brennstoffzellensystems 100 gemäß der vorliegenden ersten Ausführungsform beschrieben, die durch die vorstehend beschriebenen Funktionsblöcke implementiert wird. Die nachstehende Steuerverarbeitung wird in periodischen oder nichtperiodischen Abständen wiederholt ausgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform wird z. B. davon ausgegangen, dass bei jeder vorbestimmten Steuerperiode ein Software-Programm zum Ausführen der Steuerungsverarbeitung, wie in 6 gezeigt ist, aufgerufen wird.
  • In Schritt S10 entscheidet die Steuervorrichtung 20 bei jeder Steuerperiode, ob ein Steuerzeitpunkt ansteht oder nicht. Wenn infolge der Entscheidung der Steuerzeitpunkt vorliegt (JA), wird die Leistungssteuerungsverarbeitung bei Schritt S11 fortgesetzt, wo die Berechnungseinrichtung 201 für das gewünschte Motordrehmoment, die in 2 gezeigt ist, das Fahrpedalverstellwegsignal SACC von dem Fahrpedalverstellwegsensor 21 liest und das UpM-Signal SN von dem Drehzahlsensor 23 liest. Anschließend berechnet die Berechnungseinrichtung 201 für das gewünschte Motordrehmoment das gewünschte Ausgangsdrehmoment auf Basis des Fahrpedalverstellwegs ACC, der durch das Fahrpedalverstellwegsignal SACC angezeigt wird, und der Motor-UpM N, die durch das UpM-Signal SN angezeigt wird, und berechnet außerdem das gewünschte Motordrehmoment TREQ. Das heißt, dass die Berechnungseinrichtung 201 für das gewünschte Motordrehmoment auf eine Datentabelle oder einen relationalen Ausdruck zurückgreift, die eine vorbestimmte N-T-Kennlinie zeigen, um eine Kennlinie TREQ einer Upm N – gewünschtes Motordrehmoment in Übereinstimmung mit dem Fahrpedalverstellweg Acc zu bestimmen, und das gewünschte Motordrehmoment TREQ in Übereinstimmung mit der Motor-UpM N anhand der N-T-Kennlinie berechnet.
  • Anschließend wird die Leistungssteuerungsverarbeitung bei Schritt S12 fortgesetzt, wo die Berechnungseinrichtung 202 für die gewünschte Motorleistung, die in 2 gezeigt ist, die gewünschte Motorleistung PM auf Basis der gewünschten Motorleistung TREQ berechnet. Insbesondere wird der durch Multiplizieren des gewünschten Motordrehmoments TREQ mit der UpM N erhaltene Wert als die gewünschte Motorleistung PM (= N × TREQ) berechnet.
  • Anschließend wird die Leistungssteuerungsverarbeitung bei Schritt S13 fortgesetzt, wo die Berechnungseinrichtung 203 für die zur Leistungserzeugung gewünschte Leistung, die in 2 gezeigt ist, den Wert, der durch Addieren der berechneten gewünschten Motorleistung PM zu der Leistung PAUX der Hochspannungs-Zubehörausrüstung, die in der Hochspannungs-Zubehörausrüstung 19 benötigt wird, erhalten wird, als die zur Leistungserzeugung gewünschte Leistung PREQ berechnet.
  • Dann wird die Leistungssteuerungsverarbeitungseinrichtung bei Schritt S14 fortgesetzt, wo die Berechnungseinrichtung 204 für die gewünschte Brennstoffzellenausgangsspannung, die in 2 gezeigt ist, auf die I-V-Kennlinie f0 der Brennstoffzelle, die in 3 gezeigt ist, zurückgreift. Anschließend bestimmt die Berechnungseinrichtung 204 für die gewünschte Brennstoffzellenausgangsleistung den Schnittpunkt der bestimmten gewünschten Brennstoffzellenleistung PREQ und der I-V-Kennlinie f0 der Brennstoffzelle, um die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 zu berechnen.
  • Anschließend wird die Leistungssteuerungsverarbeitung bei Schritt S15 fortgesetzt, wo die Berechnungseinrichtung 205 für die gewünschte Invertereingangsspannung, die in 2 gezeigt ist, auf die Motorleistungskennlinie f2 zurückgreift, wie in 4 gezeigt ist, um die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 auf Basis der bestimmten gewünschten Motorleistung PM zu berechnen.
  • Anschließend vergleicht in Schritt S16 die Vergleichseinrichtung 206, die in 2 gezeigt ist, die bestimmte gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 mit der bestimmten gewünschten Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14. Wenn dabei entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 nicht unterschreitet (JA), wird die Leistungssteuerungsverarbeitung bei Schritt S17 fortgesetzt. Darin gibt die Wandlerbetriebs-Steuerungseinrichtung 207, die in 2 gezeigt ist, den Befehl CVfc zum Unterbrechen des Betriebs des ersten Wandlers 11 an den ersten Wandler 11 aus. Nachdem er den Befehl CVfc zum Unterbrechen des Betriebes erhalten hat, unterbricht der erste Wandler 11 den Spannungsumwandlungsbetrieb und bewirkt einer direkte elektrische Verbindung der Primärseite mit der Sekundärseite. Durch diesen Vorgang wird die Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10 als die Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14 zugeführt.
  • Wenn in Schritt S16 hingegen entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 unterschreitet (NEIN), wird die Leistungssteuerungsverarbeitung bei Schritt S18 fortgesetzt. Die Wandlerbetriebs-Steuerungseinrichtung 207 gibt den Befehl CVfc zum Unterbrechen des Betriebs des ersten Wandlers 11 an den ersten Wandler 11 aus. Nach Erhalt des Befehls setzt der erste Wandler 11 den Betrieb zum Erhöhen der Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10 bis auf den Wert der Eingangsanschlussspannung Vinv, die dem Inverter 14 durch den zweiten Wandler 12 zugeführt wird, fort.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn entschieden wird, dass der Steuerzeitpunkt in Schritt S10 nicht ansteht (NEIN), die Steuerungsverarbeitung beendet bzw. abgebrochen wird, ohne ausgeführt zu werden.
  • 8 zeigt ein Beispiel für den Antriebssteuerungsbefehl CVfc an den ersten Wandler 11, der durch die vorstehend beschriebene Leistungsverarbeitung geändert wird. Wenn, wie in 8 gezeigt ist, die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 nicht unterschreitet, wird die Anweisung für den Antrieb an den ersten Wandler 11 ausgegeben. Wenn hingegen entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 unterschreitet, wird die Anweisung zum Unterbrechen des Antriebs an den ersten Wandler 11 ausgegeben.
  • Durch die vorstehend beschriebene Verarbeitung wird an den Inverter 14 während der Fortsetzung der Leistungsverarbeitung die jeweils höhere Spannung von der gewünschten Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 oder der gewünschten Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 ausgegeben.
  • (Vorteile der vorliegenden ersten Ausführungsform)
  • Der vorliegenden ersten Ausführungsform entsprechend werden folgende Vorteile erhalten.
    • (1) Da die jeweils höhere Spannung von der gewünschten Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 oder der gewünschten Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 4 ausgewählt wird, wird verhindert, dass die Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10 die Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14 überschreitet. Daher wird ein nicht notwendiger Betrieb des ersten Wandlers 11 verhindert und kann der mit dem Betrieb des Wandlers in Verbindung stehende Leistungsverbrauch verhindert werden.
    • (2) Wenn entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 nicht unterschreitet, wird der Betrieb des ersten Wandlers 11 unterbrochen, und somit kann der nicht notwendige Leistungsumwandlungsbetrieb verhindert werden.
    • (3) Wenn die Anweisung für die Unterbrechung des Betriebs erteilt wird, hält der erste Wandler 11 die direkte elektrische Verbindung der Primärseite und der Sekundärseite aufrecht, und somit kann die Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10 ohne Weiteres der Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 4 durch den Befehl CVfc zum Unterbrechen des Betriebs zugeführt werden.
    • (4) Wenn der zweite Wandler 12 in den nichtverbundenen Zustand versetzt wird, während der Betrieb des ersten Wandlers 11 unterbrochen ist, kann außerdem der mit dem zweiten Wandler 12 in Verbindung stehende Leistungsverbrauch verhindert werden.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Die vorliegende zweite Ausführungsform betrifft ein Leistungssteuerungsverfahren für das Brennstoffzellensystem 100, das eine stabile Leistungssteuerung ohne Ansprechverzögerung durch Hinzufügen einer Hysterese-Steuerung zu der Leistungssteuerung gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform ermöglicht.
  • Da in der vorliegenden zweiten Ausführungsform die Konfiguration des Brennstoffzellensystems 100 mit der in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform, die anhand von 1 bis 6 beschrieben wurde, identisch ist, wird von einer Erläuterung derselben unter Beibehaltung identischer Bezugszeichen abgesehen.
  • Ebenso sind die einzelnen Konfigurationen in der schematischen Darstellung der in 2 gezeigten Funktionsblöcke mit jenen in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform identisch, In der Vergleichseinrichtung 206 und der Wandlerbetriebs-Steuerungseinrichtung 207 ist der Zeitpunkt zum Senden des Antriebssteuerungsbefehls CVfc zum Unterbrechen oder Starten des Betriebs an den ersten Wandler 11 jeweils unterschiedlich.
  • 9 zeigt ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung eines Zeitpunkts bzw. einer Zeitsteuerung zum Schalten des ersten Wandlers 11 gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform. 9 ist eine Ansicht, die durch Vergrößern eines Teils der zeitlichen Veränderung von jeweils der gewünschten Brennstoffzellenausgangsspannung VfcREQ und der gewünschten Inverteringangsspannung VinvREQ, wie in 5 gezeigt ist.
  • Wenn in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform entschieden worden ist, dass die benötigte bzw. gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 die benötigte bzw. gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 nicht unterschreitet, wird der Betrieb des ersten Wandlers 11 unterbrochen. Wenn darüber hinaus entschieden worden ist, dass die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 unterschreitet, wird der Betrieb des ersten Wandlers 11 gestartet.
  • In der vorliegenden zweiten Ausführungsform wird demgegenüber selbst dann, wenn die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 nicht unterschreitet, der Betrieb des ersten Wandlers 11 an diesem Punkt nicht unterbrochen. Der Betrieb des ersten Wandlers 11 wird erst unterbrochen, wenn die Differenz zwischen der gewünschten Ausgangsspannung VfcREQ und der gewünschten Eingangsspannung VinvREQ eine erste Differenzspannung ΔV1, die als Differenzwert dient, nicht unterschreitet. Genauer gesagt heißt das, dass, wenn Ausdruck (4) erfüllt ist, der Betrieb des ersten Wandlers 11 unterbrochen wird. gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ ≥ gewünschte Eingangsspannung VinvREQ + ΔV1 (4)
  • Darüber hinaus wird in der vorliegenden zweiten Ausführungsform der Betrieb des ersten Wandlers 11 gestartet, bevor die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 unterschritten hat. Wenn die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ sich der gewünschten Eingangsspannung VinvREQ nähert, und die Differenz zwischen denselben eine zweite Differenzspannung ΔV2, die als Differenzwert dient, nicht überschreitet, wird die Wiederaufnahme des Betriebs des ersten Wandlers 11 noch vor dem der ersten Ausführungsform entsprechenden Fall angewiesen. Das heißt, wenn Ausdruck (5) erfüllt ist, wird der Betrieb des ersten Wandlers 11 gestartet. gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ ≥ gewünschte Eingangsspannung VinvREQ – ΔV2 (5)
  • Als nächstes wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 6 die Leistungssteuerungsverarbeitung des Brennstoffzellensystems 100 der vorliegenden zweiten Ausführungsform erläutert.
  • Da die Schritte S10 bis S15 mit jenen in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform identisch sind, wird von einer Erläuterung derselben abgesehen.
  • In Schritt S21 entscheidet die Vergleichseinrichtung 206, ob die bestimmte gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 die Gesamtspannung der gewünschten Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 und der ersten Differenzspannung ΔV1 überschreitet oder nicht, indem sie miteinander verglichen werden. Wenn somit entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ die durch die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ + die erste Differenzspannung ΔV1 angegebene Spannung nicht unterschreitet (JA), wird die Leistungssteuerungsverarbeitung bei zu Schritt S22 fortgesetzt. In Schritt S22 gibt die Wandlerbetriebs-Steuerungseinrichtung 207 den Befehl CVfc zum Unterbrechen des Betriebs des ersten Wandlers 11 an den ersten Wandler 11 aus. Nach Erhalt des Befehls CVfc zum Unterbrechen des Betriebs unterbricht der erste Wandler 11 den Spannungsumwandlungsbetrieb aus und bewirkt eine direkte elektrische Verbindung der Primärseite und der Sekundärseite. Dadurch wird die Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10 als die Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14 zugeführt. Wenn entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ die durch die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ + die erste Differenzspannung ΔV1 angegebene Spannung unterschreitet (NEIN), wird die Leistungssteuerungsverarbeitung bei Schritt S23 fortgesetzt.
  • Dann entscheidet die Vergleichseinrichtung 206 in Schritt SS23 anhand der gewünschten Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14, ob die bestimmte gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 in den Bereich der zweiten Differenzspannung ΔV2 fällt, indem sie die beiden miteinander vergleicht. Wenn somit entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ die durch die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ – die zweite Differenzspannung ΔV2 angegebene Spannung nicht überschreitet (JA), wird die Leistungssteuerungsverarbeitung bei Schritt S24 fortgesetzt. In Schritt S24 gibt die Wandlerbetriebs-Steuerungseinrichtung 207 den Befehl CVfc zum Unterbrechen des Betriebs des ersten Wandlers 11 zu dem ersten Wandler 11 aus. Die Wandlerbetriebssteuerungseinrichtung 207 gibt den Befehl CVfc zum Fortsetzen des Betriebs des ersten Wandlers 11 an den ersten Wandler 11 aus. Nach Erhalt des Befehls setzt der erste Wandler 11 den Betrieb zum Erhöhen der Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10 bis auf den Wert der Eingangsanschlussspannung Vinv fort, die dem Inverter 14 durch den Wandler 12 zugeführt wird. Wird entschieden, dass die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ sich nicht innerhalb des Bereichs von nicht mehr als der durch die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ – die zweite Differenzspannung ΔV2 angegebenen Spannung befindet, wird die Leistungssteuerungsverarbeitung beendet.
  • Durch die vorstehend beschriebene Verarbeitung wird der Betrieb des Inverters 14 während der Fortsetzung der Leistungsverarbeitung unterbrochen, wenn die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 um die erste Differenzspannung ΔV1 überschreitet. Wie in 9 gezeigt ist, wird der Betrieb des ersten Wandlers 11 zum Zeitpunkt t11, der hinter dem Zeitpunkt 10 liegt, unterbrochen, wenn die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ gleich der gewünschten Eingangsspannung VinvREQ bis zum Zeitpunkt Δt1 entspricht. Darüber hinaus wird, nachdem der Betrieb des ersten Wandlers 11 vorübergehend unterbrochen worden ist, der Betrieb des Inverters 14 wieder aufgenommen, wenn die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 in den Bereich der zweiten Differenzspannung ΔV2 von der gewünschten Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 fällt. Wie in 9 gezeigt ist, wird zum Zeitpunkt 120, der vor dem Zeitpunkt t21 liegt, der Betrieb des ersten Wandlers 11 gestartet, wenn die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ bis zum Zeitpunkt Δt2 genauso groß wie die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform, nachdem die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 nicht unterschritten hat, die kurze Zeit Δt1 abgewartet. Somit kann der Betrieb des ersten Wandlers 11 unterbrochen werden, nachdem die Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14 mit Sicherheit die Ausgangsanschlussspannung Vfc der Brennstoffzelle 10 überschritten hat. Demzufolge kann ein nicht notwendiger Leistungsverbrauch zuverlässig verhindert werden.
  • Darüber hinaus wird gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform der Betrieb des ersten Wandlers 11 die kurze Zeit Δt2, bevor die gewünschte Ausgangsspannung VfcREQ der Brennstoffzelle 10 die gewünschte Eingangsspannung VinvREQ des Inverters 14 unterschritten hat, gestartet. Dementsprechend kann die Leistungsumwandlung der Brennstoffzelle 10 ohne Ansprechverzögerung gestartet werden, um dadurch ein Defizit der dem Motor 15 zugeführten Leistung zu verhindern.
  • (Modifizierung)
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann innerhalb des wesentlichen erfinderischen Gedankens der vorliegenden Erfindung entsprechend modifiziert und angewendet werden.
  • Auch wenn beispielsweise in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die vorliegende Erfindung auf das Brennstoffzellensystem 100 mit dem ersten Wandler 11, dem zweiten Wandler 12 und dem Inverter 14 angewendet worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auch auf ein Brennstoffzellensystem mit einem Gleichstromwandler oder drei oder mehr Gleichstromwandlern angewendet werden.
  • Zudem kann die vorliegende Erfindung auch auf ein Brennstoffzellensystem angewendet werden, in dem der Motor 15 durch einen Gleichstrom angetrieben werden kann und der Inverter 14 nicht benötigt wird. In einem solchen Brennstoffzellensystem kann anstelle der Eingangsanschlussspannung Vinv des Inverters 14 die Antriebsspannung Vd des Motors 15 als die Soll-Steuerspannung des zweiten Inverters 12 eingestellt werden.
  • Zudem handelt es sich bei der Lastvorrichtung nicht unbedingt um den Motor. Solange die Kennlinie der Eingangsspannung – Leistungsverbrauch der Lastvorrichtung die P-V-Kennlinie der Brennstoffzelle schneidet, wie in 4 gezeigt ist, ist die Erfindung der vorliegenden Anmeldung anwendbar.
  • Wenn außerdem der Fahrpedal-(ein Gaspedal-)Verstellweg ACC in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen als die Leistungsabgabeanforderung eingegeben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann es in einem Brennstoffzellensystem des Montagetyps vorkommen, dass keine Betätigungseinrichtungen wie das Fahrpedal vorhanden sind. Ein derartiges System kann so konfiguriert sein, dass andere Informationen über die Leistungsabgabeanforderung als das Fahrpedal verwendet werden.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Das Brennstoffzellensystem und das Steuerverfahren für dasselbe gemäß der vorliegenden Ausführungsform können nicht nur auf Fahrzeuge, sondern auch auf andere bewegliche Objekte angewendet bzw. an diesen montiert werden. Das Brennstoffzellensystem und das Steuerungsverfahren für dasselbe können daher auf einen Zug, ein Schiff, ein Flugzeug und ein Unterseeboot als Beispiele für solche beweglichen Objekte angewendet werden. Darüber hinaus können das Brennstoffzellensystem und das Steuerungsverfahren für dasselbe nicht nur auf die beweglichen Objekte, wie z. B. das Fahrzeug und dergleichen, sondern auch auf ein stationäres Leistungsquellensystem und ein mobiles Leistungsquellensystem angewendet werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 10...Brennstoffzelle, 11...erster Wandler, 12...zweiter Wandler, 13...Batterie, 14...Inverter, 15...Motor, 16:..Differenzial, 17..Reifen, 18...Zubehörausrüstung, 19...Hochspannungs-Zubehörausrüstung, 20...Steuervorrichtung, 21...Fahrpedalverstellwegsensor, 22...Sensorgruppe, 23...Drehzahlsensor, 100...Brennstoffzellensystem, 201...Berechnungseinrichtung für das gewünschte Motordrehmoment, 202..Berechnungseinrichtung für gewünschte Motorleistung, 203...Berechnungseinrichtung für die zur Leistungserzeugung gewünschte Leistung, 204...Berechnungseinrichtung für die gewünschte Brennstoffzellenausgangsspannung, 205...Berechnungseinrichtung für die gewünschte Invertereingangsspannung, 206...Vergleichseinrichtung, 207...Wandlerbetriebs-Steuerungseinrichtung, Acc...Fahrpedalverstellweg, N...Motordrehzahl, PAUX...Hochspannungs-Zubehörausrüstungsleistung, PREQ...für die Leistungserzeugung gewünschte Leistung, PM...gewünschte Motorleistung, SACC...Fahrpedalverstellwegsignal, SN...Drehzahlsignal, SVd...Antriebsspannungssignal, TREQ...gewünschtes Motordrehmoment, VBAT...Batterieausgangsanschlussspannung, Vd...Antriebsspannung (Ausgangsspannung des Inverters 14), Vd2...Antriebsspannung (Ausgangsspannung des Inverters 18), Vfc...Ausgangsanschlussspannung der Brennstoffzelle 10, Vinv...Eingangsanschlussspannung des Inverters 14, VfcREQ...gewünschte Brennstoffzellenausgangsspannung, VinvREQ...gewünschte Invertereingangsspannung, CVfc...Antriebssteuerungsbefehl für den ersten Wandler 11, CVinv...Antriebssteuerungsbefehl für den zweiten Wandler 12, ΔV1...erste Differenzspannung, ΔV2...zweite Differenzspannung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2007-209161 A [0002]

Claims (7)

  1. Brennstoffzellensystem, aufweisend: einen Inverter, der mit einer Lastvorrichtung verbunden ist, einen ersten Wandler, der zwischen einer Brennstoffzelle und dem Inverter verbunden ist und eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle einstellt; einen zweiten Wandler, der zwischen einer Leistungsspeichervorrichtung und dem Inverter verbunden ist und eine Eingangsspannung des Inverters einstellt; und eine Steuervorrichtung, die den ersten Wandler und den zweiten Wandler steuert, wobei die Steuervorrichtung bewirkt, dass eine jeweils höhere Spannung von einer gewünschten Ausgangsspannung der Brennstoffzelle oder einer gewünschten Eingangsspannung des Inverters als die Eingangsspannung des Inverters ausgegeben wird.
  2. Brennstoffzellen nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle mit der gewünschten Eingangsspannung des Inverters vergleicht und bewirkt, dass ein Betrieb des ersten Wandlers unterbrochen wird, wenn entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle die gewünschte Eingangsspannung des Inverters nicht unterschreitet.
  3. Brennstoffzellensystem mit einem Inverter, der mit einer Lastvorrichtung verbunden ist, einem ersten Wandler, der zwischen einer Brennstoffzelle und dem Inverter verbunden ist und einen Ausgangsspannung der Brennstoffzelle einstellt, und einem zweiten Wandler, der zwischen einer Leistungsspeichervorrichtung und dem Inverter verbunden ist und eine Eingangsspannung des Inverters einstellt, wobei das Brennstoffzellensystem aufweist: eine Berechnungseinrichtung für eine gewünschte Brennstoffzellenausgangsspannung zum Berechnen einer gewünschten Ausgangsspannung der Brennstoffzelle; eine Berechnungseinrichtung für eine gewünschte Invertereingangsspannung zum Berechnen einer gewünschten Eingangsspannung des Inverters; eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der gewünschten Ausgangsspannung der Brennstoffzelle mit der gewünschten Eingangsspannung des Inverters; und eine Wandlerbetriebs-Steuerungseinrichtung zum Bewirken, dass ein Betrieb des ersten Wandlers unterbrochen wird, wenn entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle die gewünschte Eingangsspannung des Inverters nicht unterschreitet.
  4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei der erste Wandler einen elektrischen Verbindungszustand zwischen der Brennstoffzelle und dem Inverter aufrechterhält, solange der Betrieb des ersten Wandlers unterbrochen ist.
  5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei, wenn entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle eine Spannung, die durch Addieren einer ersten Differenzspannung zu der gewünschten Eingangsspannung des Inverters erhalten wird, nicht unterschreitet, der Betrieb des ersten Wandlers unterbrochen wird.
  6. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei, wenn entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle eine Spannung, die durch Addieren einer zweiten Differenzspannung zu der gewünschten Eingangsspannung des Inverters erhalten wird, unterschreitet, der Betrieb des ersten Wandlers gestartet wird.
  7. Leistungssteuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem mit einem Inverter, der mit einer Lastvorrichtung verbunden ist, einem ersten Wandler, der zwischen einer Brennstoffzelle und dem Inverter verbunden ist und eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle einstellt; und einem zweiten Wandler, der zwischen einer Leistungsspeichervorrichtung und dem Inverter verbunden ist und eine Eingangsspannung des Inverters einstellt, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet: Berechnen einer gewünschten Ausgangsspannung der Brennstoffzelle; Berechnen einer gewünschten Eingangsspannung des Inverters; Vergleichen der gewünschten Ausgangsspannung der Brennstoffzelle mit der gewünschten Eingangsspannung des Inverters; und Bewirken, dass ein Betrieb des ersten Wandlers unterbrochen wird, wenn entschieden wird, dass die gewünschte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle die gewünschte Eingangsspannung des Inverters nicht unterschreitet.
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