DE112010001455T5 - Brennstoffzellensystem und mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattetes Elektrofahrzeug - Google Patents

Brennstoffzellensystem und mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattetes Elektrofahrzeug Download PDF

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Michio Yoshida
Atsushi Imai
Tomoya Ogawa
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Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

Ein Brennstoffzellensystem startet eine Brennstoffzelle, indem die von einem Spannungstransformator einer Sekundärzelle zugeführte Spannung auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle eingestellt wird, und die Spannung der Brennstoffzelle von einer Startspannung auf die Leerlaufspannung erhöht wird, und zwar in dem Fall, in dem damit gerechnet wird, dass die Sekundärzelle droht überladen zu werden, wenn die Sekundärzelle elektrische Leistung aufnimmt. In dem Fall, in dem nicht damit gerechnet wird, dass die Sekundärzelle überladen wird, wenn die Sekundärzelle elektrische Leistung aufnimmt, startet das System die Brennstoffzelle, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf eine Hochspannungsverhinderungsspannung, die niedriger als die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle bei oder nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit im Anschluss an die Ausgabe eines Befehls, ein BZ-Relais zu schließen, eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Hochspannungsverhinderungsspannung erhöht wird.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und eine Steuerung, die an einem Elektrofahrzeug, das mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist, zum Zeitpunkt der Aktivierung des Elektrofahrzeugs ausgeführt wird.
  • 2. Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
  • In Betracht gezogen wird die praktische Anwendung einer Brennstoffzelle, die einer Brennstoffelektrode ein Wasserstoffgas als ein Brenngas zuführt, und die einer Oxidationselektrode Luft als ein Oxidationsgas zuführt, und die durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Wasserstoff und einem Sauerstoff in der Luft Elektrizität erzeugt, während dabei Wasser an einer Oxidationselektrode entsteht.
  • Wenn in einer solchen Brennstoffzelle zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Druck des Wasserstoffs, der der Brennstoffelektrode zugeführt wird, und der Druck der Luft, die der Oxidationselektrode zugeführt wird, in etwa genauso groß sind wie die jeweiligen Drücke, die während eines normalen Betriebs auftreten, kann es manchmal vorkommen, dass sich das Wasserstoffgas und die Luft in der Brennstoffelektrode bzw. der Oxidationselektrode ungleichmäßig verteilen, und die Elektroden sich durch eine durch die ungleichmäßig Verteilung dieser Gase bewirkte elektrochemische Reaktion verschlechtern bzw. verschleißen, Die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung 2007-26891 ( JP-A-2007-26891 ) offenbart ein Verfahren zum Verhindern der Verschlechterung der Elektroden einer Brennstoffzelle, indem bewirkt wird, dass die Drücke des Wasserstoffs und der Luft, die der Brennstoffelektrode bzw. der Oxidationselektrode zugeführt werden, zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Brennstoffzelle höher sind als die normalerweise zugeführten Drücke dieser Gase.
  • Wenn jedoch das Wasserstoffgas und die Luft bei Inbetriebnahme der Brennstoffzelle einer Brennstoffzelle mit hohem Druck zugeführt werden, kann es manchmal vorkommen, dass die Anstiegsrate der Spannung der Brennstoffzelle so hoch wird, dass die Spannung der Brennstoffzelle ihre Spannungsobergrenze überschreitet. Im Zusammenhang mit diesem Problem offenbart die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung 2007-26891 ( JP-A-2007-26891 ) ein Verfahren, in dem, wenn ein Wasserstoffgas und Luft zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme einer Brennstoffzelle mit Drücken zugeführt werden, die höher sind als deren jeweilige Drücke während der normalen Leistungserzeugung, die elektrische Ausgangsleistung von der Brennstoffzelle extrahiert wird und an einen Fahrzeugantriebsmotor, Widerstände etc. abgegeben wird, vorausgesetzt, die Spannung der Brennstoffzelle erreicht eine vorbestimmte Spannung, die niedriger als die Spannungsobergrenze ist.
  • In einem in einem Elektrofahrzeug montierten Brennstoffzellensystem ist ein Brennstoffzellen-Relais bzw. BZ-Relais zum Ein- und Ausschalten der Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und dem Elektromotor vorgesehen. Unter der Verwendung des BZ-Relais wird die Brennstoffzelle von einem Lastsystem abgeschaltet, wenn die Brennstoffzelle gestoppt wird, und die Brennstoffzelle wird mit dem Lastsystem verbunden, wenn die Brennstoffzelle den Betrieb aufnimmt. Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass das BZ-Relais verschweißt oder beschädigt wird, wenn durch das BZ-Relais ein großer Strom fließt, wenn das BZ-Relais geschlossen wird, um die Brennstoffzelle und das Lastsystem zu verbinden.
  • Daher wird zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Brennstoffzelle die Spannung der Brennstoffzelle vorübergehend auf eine Leerlaufspannung erhöht, um einen Zustand herbeizuführen, in dem der elektrische Strom nicht aus der Brennstoffzelle fließen kann, bevor das BZ-Relais verbunden wird.
  • Wenn jedoch die Spannung der Brennstoffzelle auf den Leerlaufspannung erhöht wird, besteht die Möglichkeit, dass die Hochspannung die Dauerhaftigkeit der Brennstoffzelle beeinträchtigen könnte. Daher ist es wünschenswert, die Spannung der Brennstoffzelle auf einen geringeren Wert als den der Leerlaufspannung einzustellen.
  • Wird hingegen die Spannung auf diese Weise gesenkt, besteht die Möglichkeit, dass die Brennstoffzelle Elektrizität bzw. Strom erzeugt. Bei dieser Erzeugung von Elektrizität bzw. Strom handelt es sich aber nicht um eine gesteuerte bzw. kontrollierte Stromerzeugung, sondern um eine unbeabsichtigte Herstellung einer elektrischen Leistung, die aus der Senkung der Spannung resultiert. Somit wird die so erzeugte Leistung nicht notwendigerweise vollständig durch die Zusatzaggregate, Elektromotoren etc. verbraucht, sondern die durch Stromherstellung erzeugte Energie wird, mit Ausnahme von Sonderfällen (z. B. wenn das Elektrofahrzeug in Betrieb genommen wird oder ähnliches) wahrscheinlich im Wesentlichen vollständig in eine Sekundärzelle geladen. Daher besteht, abhängig vom Ladezustand der Sekundärzelle, die Möglichkeit einer Überladung der Sekundärzelle und somit einer Verschlechterung bzw. eines Verschleißes derselben.
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Dementsprechend schafft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem, das in der Lage ist, die Brennstoffzelle ohne Verschlechterung bzw. Verschleiß der Sekundärzelle zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Brennstoffzelle zu starten, und sieht zudem ein Elektrofahrzeug vor, das mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist.
  • Ein Brennstoffzellensystem gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem, das beinhaltet: eine Sekundärzelle, die auf- und entladbar ist; einen Spannungstransformator, der zwischen der Sekundärzelle und einem Lastsystem angeordnet ist; eine Brennstoffzelle, die durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brenngas und einem Oxidationsgas Elektrizität erzeugt, und die der Sekundärzelle und dem Lastsystem, das mit dem Spannungstransformator zusammen einen gemeinsamen elektrischen Weg benutzt, elektrische Leistung zuführt; ein BZ-Relais, das eine elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und dem gemeinsamen elektrischen Weg ein- und ausschaltet; und einen Steuerungsabschnitt, der ein Schließen/Öffnen des BZ-Relais und eine Spannung der Brennstoffzelle steuert. Der Steuerungsbereich beinhaltet Starteinrichtungen zum Starten der Brennstoffzelle. Wenn die Sekundärzelle droht, überladen zu werden, wenn die Sekundärzelle elektrische Leistung aufnimmt, startet die Starteinrichtung die Brennstoffzelle durch Einstellen einer von dem Spannungstransformator zugeführten Spannung auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle und Erhöhen der Spannung der Brennstoffzelle von einer Startspannung auf die Leerlaufspannung. Wenn die Sekundärzelle nicht droht, überladen zu werden, wenn die Sekundärzelle eine elektrische Leistung aufnimmt, startet die Starteinrichtung die Brennstoffzelle, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf eine Hochspannungs-Verhinderungsspannung eingestellt wird, die niedriger als die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle bei oder nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit ist, die auf eine Ausgabe eines Befehls, das BZ-Relais zu schließen, folgt, und indem die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Hochspannungs-Verhinderungsspannung erhöht wird.
  • Das Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt kann zudem eine Ladeleistungs-Einschränkungswert-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Ladeleistungs-Einschränkungswerts (Win) der Sekundärzelle beinhalten. Wenn der berechnete Ladeleistungs-Einschränkungswert (Win) größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, kann die Starteinrichtung bestimmen, ob die Sekundärzelle überladen zu werden droht, wenn die Sekundärzelle eine elektrische Leistung aufnimmt, und kann die Brennstoffzelle starten, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Leerlaufspannung erhöht wird. Wenn der berechnete Ladeleistungs-Einschränkungswert (Win) kleiner als der vorbestimmte Wert ist, kann die Starteinrichtung bestimmen, dass die Sekundärzelle nicht überladen zu werden droht, wenn die Sekundärzelle eine elektrische Leistung aufnimmt, und kann die Brennstoffzelle starten, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf die Hochspannungsverhinderungsspannung während oder nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit im Anschluss an die Ausgabe eines Befehls, das BZ-Relais zu schließen, eingestellt wird, und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Hochspannungsverhinderungspannung erhöht wird.
  • Darüber hinaus kann das Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt ferner eine Ladezustands-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Ladezustands des Sekundärzelle beinhalten. Wenn der berechnete Ladezustand größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, kann die Starteinrichtung bestimmen, dass die Sekundärzelle überladen zu werden droht, wenn die Sekundärzelle elektrische Leistung aufnimmt, und kann die Brennstoffzelle starten, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Leerlaufspannung erhöht wird. Wenn der berechnete Ladezustand kleiner als der vorbestimmte Wert ist, kann die Starteinrichtung bestimmen, dass die Sekundärzelle nicht überladen zu werden droht, wenn die Sekundärzelle eine elektrische Leistung aufnimmt, und kann die Brennstoffzelle starten, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf die Hochspannungsverhinderungsspannung während oder nach Verstreichen der vorbestimmten Zeit, die auf die Ausgabe eines Befehls, das BZ-Relais zu schließen, folgt, eingestellt wird, und indem die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Hochspannungs-Verhinderungsspannung erhöht wird.
  • Darüber hinaus kann das Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt ferner eine Spannungserfassungseinrichtung zum Erfassen der Spannung der Sekundärzelle beinhalten. Wenn die erfasste Spannung größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, kann die Starteinrichtung bestimmen, dass die Sekundärzelle überladen zu werden droht, wenn die Sekundärzelle elektrische Leistung aufnimmt, und kann die Brennstoffzelle starten, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Leerlaufspannung erhöht wird. Wenn die erfasste Spannung kleiner als der vorbestimmte Wert ist, kann die Starteinrichtung bestimmen, dass die Sekundärzelle nicht überladen zu werden droht, wenn die Sekundärzelle elektrische Leistung aufnimmt, und kann die Brennstoffzelle starten, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf die Hochspannungsverhinderungsspannung während der oder nach Verstreichen der vorbestimmten Zeit, die auf die Ausgabe eines Befehls, das BZ-Relais zu schließen, folgt, eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Hochspannungs-Verhinderungsspannung erhöht wird.
  • Ein Brennstoffzellensystem gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem, das beinhaltet: eine Sekundärzelle, die auf- und entladbar ist; einen Spannungstransformator, der zwischen der Sekundärzelle und einem Lastsystem angeordnet ist; eine Brennstoffzelle, die durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brenngas und eine Oxidationsgas Elektrizität erzeugt und die der Sekundärzelle und dem Lastsystem, das zusammen mit dem Spannungstransformator einen gemeinsamen elektrischen Weg benutzt, Spannung zuführt; ein BZ-Relais, das eine elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und dem gemeinsamen elektrischen Weg ein- und ausschaltet; und einen Steuerungsbereich, der ein Öffnen/Schließen des BZ-Relais und die Spannung der Brennstoffzelle steuert. Der Steuerungsbereich beinhaltet eine Starteinrichtung zum Starten der Brennstoffzelle, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf eine Spannung zwischen einer Leerlaufspannung der Brennstoffzelle und einer Hochspannungsverhinderungsspannung, die niedriger als die Leerlaufspannung ist, gemäß dem Ladezustand der Sekundärzelle während der oder nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit, die auf die Ausgabe eines Befehls, das BZ-Relais zu schließen, folgt, eingestellt wird und indem die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Sollspannung erhöht wird.
  • Das Brennstoffzellensystem gemäß dem zweiten Aspekt kann zudem eine Ladeleistungs-Einschränkungswert-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Ladeleistungs-Einschränkungswerts (Win) der Sekundärzelle beinhalten, und die Starteinrichtung kann die Brennstoffzelle starten, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf die Spannung zwischen der Leerlaufspannung der Brennstoffzelle und der Hochspannungsverhinderungsspannung, die niedriger als die Leerlaufspannung ist, gemäß einem berechneten Wert des Ladeleistungs-Einschränkungswerts (Win) während oder nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit im Anschluss an die Ausgabe eines Befehls, das BZ-Relais zu schließen, eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Soll-Spannung erhöht wird.
  • Darüber hinaus kann das Brennstoffzellensystem gemäß dem zweiten Aspekt zudem eine Ladezustands-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Ladezustands der Sekundärzelle beinhalten, und die Starteinrichtung kann die Brennstoffzelle starten, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf die Spannung zwischen der Leerlaufspannung der Brennstoffzelle und der Hochspannungsverhinderungsspannung, die niedriger als die Leerlaufspannung ist, gemäß einem berechneten Wert des Ladezustands während oder nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit im Anschluss an die Ausgabe eines Befehls, das BZ-Relais zu schließen, eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Soll-Spannung erhöht wird.
  • Darüber hinaus kann das Brennstoffzellensystem gemäß dem zweiten Aspekt zudem eine Spannungserfassungseinrichtung zum Erfassen der Spannung der Sekundärzelle beinhalten, und die Starteinrichtung kann die Brennstoffzelle starten, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf die Spannung zwischen der Leerlaufspannung der Brennstoffzelle und der Hochspannungsverhinderungsspannung gemäß einem erfassten Wert der Spannung während oder nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit im Anschluss an die Ausgabe eines Befehls, das BZ-Relais zu schließen, eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Soll-Spannung erhöht wird.
  • Ein Elektrofahrzeug gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein mit dem Brennstoffzellensystem gemäß dem vorstehenden ersten oder zweiten Aspekt ausgestattetes Elektrofahrzeug.
  • Wenn gemäß der Erfindung die Brennstoffzelle gestartet wird, kann das Brennstoffzellensystem ohne Verschlechterung bzw. Verschleiß der Sekundärzelle gestartet werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • Die vorstehenden und weiteren Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in der zur Kennzeichnung identischer Elemente identische Bezugszeichen verwendet werden, näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Systemdiagramm eines Brennstoffzellensystems in einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Spannungssteuerung zeigt, die ausgeführt wird, wenn das Brennstoffzellensystem gemäß der Ausführungsform der Erfindung in Betrieb geht;
  • 3 ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel der Spannungssteuerung zeigt, die ausgeführt wird, wenn das Brennstoffzellensystem gemäß der Ausführungsform der Erfindung in Betrieb geht;
  • 4 ein Diagramm, das ein Steuerungskennfeld der sekundärseitigen Spannung VH mit einem Ladeleistungs-Einschränkungswert Win der Sekundärzelle gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
  • 5 ein Diagramm, das ein Steuerungskennfeld der sekundärseitigen Spannung VH in dem Ladezustand der Sekundärzelle gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
  • Wie in 1 gezeigt, beinhaltet ein in einem Elektrofahrzeug 200 montiertes Brennstoffzellensystem 100 eine auf- und entladbare Sekundärzelle 12, einen Aufwärts-/Abwärts-Spannungswandler 13, der die Spannung der Sekundärzelle 12 erhöht oder senkt, einen Inverter 14, der die elektrische Gleichstromleistung des Aufwärts-/Abwärts-Spannungswandlers 13 in eine elektrische Wechselstromleistung umwandelt und die elektrische Leistung einem Antriebsmotor 15 und einer Brennstoffzelle 11 zuführt.
  • Die Sekundärzelle 12 ist aus einer auf- und entladbaren Lithiumionenbatterie oder ähnlichem konstruiert. Die Spannung der Sekundärzelle 12 in dieser Ausführungsform ist niedriger als die Antriebsspannung des Antriebsmotors 15. Die Spannung der Sekundärzelle unterliegt jedoch keinen derartigen Beschränkungen, sondern kann auch eine Spannung sein, die der Antriebsspannung des Antriebsmotors entspricht oder höher als diese ist. Der Aufwärts-/Abwärts-Spannungswandler 13 weist eine Mehrzahl von Schaltelementen auf und erhöht eine Niederspannung, die von der Sekundärzelle 12 zugeführt wird, auf eine hohe Spannung zur Verwendung für den Antrieb des Antriebsmotors durch Ein-/Aus-Vorgänge der Schaltelemente. Der Aufwärts-/Abwärts-Spannungswandler 13 ist ein nicht-isolierter bidirektionaler Gleichstromwandler, dessen elektrischer Referenzwert 32 mit sowohl einem minusseitigen elektrischen Weg 34 der Sekundärzelle 12 als auch einem minusseitigen elektrische Weg 39 des Inverters 14 verbunden ist und dessen primärseitiger elektrischer Weg 31 mit einem plusseitigen elektrischen Weg 33 der Sekundärzelle 12 verbunden ist, und dessen sekundärseitiger elektrischer Weg 35 mit einem plusseitigen elektrischen Weg 38 des Inverters 14 verbunden ist. Darüber hinaus sind der plusseitige elektrische Weg 33 und der minusseitige elektrische Weg 34 der Sekundärzelle jeweils mit einem Systemrelais 25 versehen, das die Verbindung zwischen der Sekundärzelle 12 und einem Lastsystem ein- und ausschaltet.
  • Der Brennstoffzelle 11 wird ein Wasserstoffgas, bei dem es sich um ein Brenngas handelt, und Luft, bei der es sich um ein Oxidationsgas handelt, zugeführt, und durch eine elektrochemische Reaktion zwischen dem Wasserstoffgas und dem Oxidationsgas in der Luft erzeugt die Brennstoffzelle elektrische Leistung. In der Brennstoffzelle 11 wird das Wasserstoffgas aus einem Hochdruck-Wasserstoffgastank 17 einer Brennstoffelektrode (Anode) über ein Wasserstoffzuführventil 18 zugeführt, und die Luft wird einer Oxidationselektrode (Kathode) durch einen Luftkompressor 19 zugeführt. Ein plusseitiger elektrischer Weg 36 der Brennstoffzelle 11 ist mit dem sekundärseitigen elektrischen Weg 35 des Aufwärts-/Abwärts-Spannungswandlers 13 über ein BZ-Relais 24 und eine Blockierdiode 23 verbunden. Ein minusseitiger elektrischer Weg 37 der Brennstoffzelle 11 ist mit dem elektrischen Referenzweg 32 des Aufwärts-/Abwärts-Spannungswandler 13 über ein weiteres BZ-Relais 24 verbunden. Der sekundärseitige elektrische Weg 35 des Aufwärts-/Abwärts-Spannungswandlers 13 ist mit dem plusseitigen elektrischen Weg 38 des Inverters 14 verbunden, und der elektrische Referenzweg 32 des Aufwärts-/Abwärts-Spannungswandlers 13 ist mit dem minusseitigen elektrischen Weg 39 des Inverters 14 verbunden. Der plusseitige elektrische Weg 36 und der minusseitige elektrische Weg 37 der Brennstoffzelle 11 sind mit dem plusseitigen elektrischen Weg 38 bzw. dem minusseitigen elektrischen Weg 39 des Inverters 14 über die BZ-Relais 24 verbunden. Die BZ-Relais 24 schalten die Verbindung zwischen dem Lastsystem und der Brennstoffzelle 11 ein und aus. Wenn die BZ-Relais 24 geschlossen sind, ist die Brennstoffzelle 11 mit der Sekundärseite des Aufwärts-/Abwärtswandlers 13 verbunden, so dass die durch die Brennstoffzelle 11 erzeugte elektrische Leistung zusammen mit der sekundärseitigen elektrischen Leistung der Sekundärzelle 12, die durch Erhöhen der Spannung der primärseitigen elektrischen Leistung der Sekundärzelle 12 erhalten wird, dem Inverter zugeführt wird, der dadurch den die Räder 60 drehenden Antriebsmotor 15 antreibt. Dabei wird die Spannung der Brennstoffzelle 11 gleich der Startspannung des Aufwärts-/Abwärtswandlers 13 und der Eingangsspannung des Inverters 14. Darüber hinaus wird die elektrische Antriebsleistung für den Luftkompressor 19 und die Zusatzaggregate 16 der Brennstoffzelle 11, wie z. B eine Kühlwasserpumpe, eine Wasserstoffpumpe etc., grundsätzlich durch die Spannung bereitgestellt, die durch die Brennstoffzelle 11 erzeugt wird. Wenn die Brennstoffzelle 11 die geforderte elektrische Leistung nicht erzeugen kann, wird die Sekundärzelle 12 als eine ergänzende Quelle verwendet.
  • Ein primärseitiger Kondensator 20, der die primärseitige Spannung glättet, ist mit dem plusseitigen elektrischen Weg 33 und dem minusseitigen elektrischen Weg 34 der Sekundärzelle 12 verbunden. Der primärseitige Kondensator 20 ist mit einem Spannungssensor 41 versehen, der die Spannung zwischen den beiden Enden des primärseitigen Kondensators 20 erfasst. Darüber hinaus ist der sekundärseitige Kondensator 21, der die sekundärseitige Spannung glättet, zwischen dem plusseitigen elektrischen Weg 38 und dem minusseitigen elektrischen Weg 39 des Inverters 14 vorgesehen. Der sekundärseitige Kondensator 21 ist mit einem Spannungssensor 42 versehen, der die Spannung zwischen den beiden Enden des sekundärseitigen Kondensators 21 erfasst. Die an dem primärseitigen Kondensator 20 anliegende Spannung 20 ist eine primärseitige Spannung VL, bei der es sich um die Eingangsspannung des Aufwärts-/Abwärtswandlers 13 handelt, und die an dem sekundärseitigen Kondensator 21 anliegende Spannung ist eine sekundärseitige Spannung VH, bei der es sich um die Ausgangsspannung des Aufwärts-/Abwärtsspannungswandlers 13 handelt. Darüber hinaus ist ein Spannungssensor 43, der die Spannung der Brennstoffzelle 11 erfasst, zwischen dem plusseitigen elektrischen Weg 36 und dem minusseitigen elektrischen Weg 37 der Brennstoffzelle 11 vorgesehen. Ein elektrischer Stromsensor 44, der den Ausgangsstrom von der Brennstoffzelle 11 erfasst, ist auf einem plusseitigen elektrischen Weg 36 der Brennstoffzelle 11 vorgesehen.
  • Ein Steuerungsbereich 50 ist ein Computer, der eine CPU, die eine Signalverarbeitung ausführt, und einen Speicherbereich enthält, der Programme und Steuerdaten speichert. Die Brennstoffzelle 11, der Luftkompressor 19, das Wasserstoffzuführventil 18, der Aufwärts-/Abwärtsspannungswandler 13, der Inverter 14, der Antriebsmotor 15, die Zusatzaggregate 16, die BZ-Relais 24 und die Systemrelais 25 sind mit dem Steuerungsbereich 50 verbunden und so konstruiert, dass sie entsprechend den Befehlen von dem Steuerbereich 50 arbeiten. Darüber hinaus sind die Sekundärzelle 12, die Spannungssensoren 14 bis 43 und der elektrische Stromsensor 44 einzeln mit dem Steuerbereich 50 verbunden und so konstruiert, dass der Zustand der Sekundärzelle 12 und Erfassungssignale der Spannungssensoren 41 bis 43 und des elektrischen Stromsensors 44 in den Steuerbereich 50 eingegeben werden. Das Elektrofahrzeug 200 ist mit einem Zündschlüssel 30 versehen, bei dem es sich um einen Schalter zum Starten und Stoppen des Brennstoffzellensystems 100 handelt. Der Zündschlüssel 30 ist mit dem Steuerbereich 50 verbunden und so konstruiert, dass ein Ein-/Aus-Signal des Zündschlüssels 30 in den Steuerungsbereich 50 eingegeben wird.
  • Der Steuerungsbereich 50 ist mit einer Ladeleistungs-Einschränkungswert-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Ladeleistungs-Einschränkungswerts Win der Sekundärzelle 12 versehen. Der Ladeleistungs-Einschränkungswert wird beispielsweise durch Verwendung der nachstehenden Gleichungen (1) und (2) berechnet. Win(t) = SWin(t) – Kpx{IB(t) – Itag1(t)} – Kix∫{IB(t) – Itag2(t)}dt (1)
    • (Win(t)
    ist der Ladeleistungs-Einschränkungswert der Sekundärzelle zur Zeit t;
    SWin(t)
    ist eine vorbestimmte Größe für die Ladeleistungseinschränkung der Sekundärzelle, die im Voraus eingestellt wird;
    Kp
    ist eine Rückkopplungsverstärkung eines p-Terms;
    Ki
    ist eine Rückkopplungsverstärkung eines i-Terms;
    Itag1(t)
    ist ein Sollwert in der Stromeinschränkung durch eine p-Term-Rückkopplungssteuerung; und
    IB(t)
    ist ein Wert eines elektrischen Stroms der Sekundärzelle zur Zeitpunkt t.)
    Itag1(t) = Fp(Ilim'(t)), und Itag2(t) = Fi(Ilim'(t)) (2) (Ilim'(t) wird auf der Basis eines zuvor berechneten zulässigen Ladestromwerts Ilim(t – 1), der vorher berechnet wird, oder auf der Basis eines eingestellten zulässigen Ladestromwerts Ilim(0) ausschließlich für die Initialberechnung berechnet).
  • Der Steuerungsbereich 50 ist zudem mit einer Ladezustands-Berechnungseinrichtung zum Berechnen des Ladezustands der Sekundärzelle 12 versehen. Signale, die zum Berechnen des Ladezustands der Sekundärzelle 12 notwendig sind, werden eingegeben. Die benötigten Signale beinhalten beispielsweise eine Zwischenanschlussspannung von dem Spannungssensor 41, der zwischen den Anschlüssen der Sekundärzelle 12 angeordnet ist, eine Lade-Entlade-Kapazität von einem elektrischen Stromsensor (nicht gezeigt), der an einer elektrischen Stromleitung angebracht ist, die mit einem Ausgangsanschluss der Sekundärzelle 12 verbunden ist, eine Zellentemperatur von einem Temperatursensor (nicht gezeigt), der an der Sekundärzelle 12 angebracht ist, etc. Dann berechnet die Ladezustands-Berechnungseinrichtung den Ladezustand (SOC) durch beispielsweise Akkumulieren des Sekundärzellen-Stromwerts IB(t), der über einen elektrischen Stromsensor tatsächlich gemessen wird, oder Akkumulieren des geschätzten Stromswert, der durch die tatsächlich gemessene Spannung oder Temperatur der Sekundärzelle korrigiert wird.
  • Die Beschreibung befasst sich mit einem Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 gemäß der beschriebenen Ausführungsform. 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Spannungssteuerung zeigt, die zum Zeitpunkt des Startens des Brennstoffzellensystems gemäß der Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird. In 2 zeigt eine durchgezogene Linie die sekundärseitige Spannung VH, bei der es sich um eine Befehlsspannung des Aufwärts-/Abwärtsspannungswandlers 13 handelt, und eine gestrichelte Linie zeigt die BZ-Spannung VF, bei der es sich um die Spannung der Brennstoffzelle 11 handelt.
  • Wenn ein Fahrer, d. h. eine Bedienperson, den Zündschlüssel 30 umdreht, wird das Ein-Signal von dem Zündschlüssel 30 in den Steuerbereich 50 eingegeben. Der Steuerbereich 40 schließt dann die Systemrelais 25, um die Sekundärzelle 12 mit dem System zu verbinden. Nachdem die Sekundärzelle 12 mit dem System verbunden worden ist, wird der primärseitige Kondensator 20 durch die von der Sekundärzelle 12 zugeführte elektrische Leistung aufgeladen. Nachdem der primärseitige Kondensator aufgeladen worden ist, startet der Steuerbereich 50 einen Spannungserhöhungsbetrieb des Aufwärts/Abwärtsspannungswandlers 13, um den sekundärseitigen Kondensator 21 aufzuladen, wodurch die sekundärseitige Spannung VH, die durch den Spannungssensor 42 erfasst wird, auf die Leerlaufspannung OCV erhöht wird (wie durch die durchgezogene Linie in 2 gezeigt ist). Wenn dabei die sekundärseitige Spannung VH die Leerlaufspannung OCV erreicht, ist der Ladevorgang des sekundärseitigen Kondensators 21 abgeschlossen.
  • Der Steuerungsbereich 50 gibt einen Befehl zur Druckbeaufschlagung eines Wasserstoffsystems aus. Aufgrund dieses Befehls öffnet sich das Wasserstoffzuführventil 18, so dass damit begonnen wird, der Brennstoffzelle 11 Wasserstoff aus dem Wasserstofftank 17 zuzuführen. Wenn der Wasserstoff zugeführt wird, steigt der Druck an der Brennstoffelektrode der Brennstoffzelle 11 an. Da jedoch der Oxidationselektrode keine Luft zugeführt worden ist, ist in der Brennstoffzelle 11 noch keine elektrochemische Reaktion eingetreten. In diesem Fall kann eine Wasserstoffaustrittserfassung vorgenommen werden, nachdem mit der Druckbeaufschlagung des Wasserstoffsystems begonnen worden ist.
  • Als nächstes berechnet die Ladeleistungs-Einschränkungswert-Berechnungseinrichtung des Steuerungsbereichs 50 den Ladeleistungs-Einschränkungswert Win der Sekundärzelle 12. Darüber hinaus berechnet die Ladezustands-Berechungseinrichtung des Steuerungsbereichs 50 den Ladezustand der Sekundärzelle 12. Darüber hinaus erfasst der Spannungssensor 41 die Spannung der Sekundärzelle 12.
  • Der Steuerungsbereich 50 bestimmt, ob der berechnete Ladeleistungs-Einschränkungswert Win der Sekundärzelle 12 größer oder gleich einem bestimmten Wert ist, der in dem Steuerungsbereich 50 voreingestellt ist. Darüber hinaus bestimmt der Steuerungsbereich 50, ob der berechnete Ladezustand der Sekundärzelle 12 größer oder gleich einem bestimmten Wert ist, der im Vorfeld im Steuerungsbereich 50 eingestellt wird. Zudem bestimmt der Steuerungsbereich 50, ob die erfasste Spannung der Sekundärzelle 12 größer oder gleich einem bestimmten Wert ist, der im Steuerungsbereich 12 vorher eingestellt wurde. Wenn dann zumindest entweder der Ladeleistungs-Einschränkungswert Win, der Ladezustand oder die Spannung der Sekundärzelle 12 größer oder gleich dem entsprechenden bestimmten Wert ist, bestimmt der Steuerungsbereich 50, dass die Sekundärzelle 12 überladen sein wird, wenn die Sekundärzelle 12 die elektrische Leistung aufnimmt. Wenn hingegen zumindest entweder der Ladeleistungs-Einschränkungswert Win, der Ladezustand und die Spannung der Sekundärzelle 12 kleiner als der entsprechende bestimmte Wert ist, bestimmt der Steuerungsbereich 50, dass die Sekundärzelle 12 eine elektrische Leistung aufnehmen kann, d. h. dass die Sekundärzelle 12 nicht überladen sein wird, wenn sie elektrische Leistung aufnimmt. Es ist im vorliegenden Zusammenhang anzumerken, dass es genügt, wenn die bestimmten Werte, die für den Ladeleistungs-Einschränkungswert Win, den Ladezustand und die Spannung der Sekundärzelle 12 eingestellt sind, für die Bestimmung in Bezug darauf, ab die Sekundärzelle 12 überladen sein wird oder nicht, wenn sie elektrische Leistung aufnimmt, entsprechend eingestellt werden.
  • Wie in 2 gezeigt ist, gibt der Steuerungsbereich 50 einen Befehl aus, die BZ-Relais 24 zu schließen, wenn bestimmt wird, dass die Sekundärzelle 12 nicht überladen sein wird, wenn die Sekundärzelle 12 elektrische Leistung aufnimmt. Während oder nach Verstreichen einer bestimmten Zeit, zu der die BZ-Relais 24 geschlossen werden, senkt der Steuerungsbereich 50 die sekundärseitige Spannung VH von der Leerlaufspannung OCV auf eine Hochspannungsverhinderungsspannung V0 und erhöht die BZ-Spannung VF der Brennstoffzelle 11 von der Startspannung auf die Hochspannungsverhinderungsspannung V0. Wenn hingegen bestimmt wird, dass die Sekundärzelle 12 überladen sein wird, wenn sie elektrische Leistung aufnimmt, gibt der Steuerungsbereich 50 den Befehl aus, die BZ-Relais 24 zu schließen, behält jedoch die sekundärseitige Spannung VH auf der Leerlaufspannung OCV bei und führt den Wasserstoff und Sauerstoff der Brennstoffzelle 11 zu und erhöht dadurch die BZ-Spannung VF der Brennstoffzelle 11 von der Startspannung auf die Leerlaufspannung OCV. Auch wenn in 2 die Startspannung der Brennstoffzelle 11 null beträgt, variiert die Startspannung der Brennstoffzelle 11 gemäß der Betriebs-Stoppzeit der Brennstoffzelle 11, d. h. die Startspannung nähert sich null, je länger die Betriebsstoppzeit andauert, und die Startspannung wird höher, je kürzer die Betriebsstoppzeit ist. Darüber hinaus ist unter der Hochspannungsverhinderungsspannung V0 eine vorbestimmte Betriebsspannung zu verstehen, die kleiner als die Leerlaufspannung OCV ist, und die durch die Brennstoffzelle 11 erzeugt werden kann, so dass die Dauerhaftigkeit der Brennstoffzelle 11 natürlich erhalten bleibt.
  • Wenn die sekundärseitige Spannung VH zum Zeitpunkt des Startens der Brennstoffzelle 11 von der Leerlaufspannung OCV auf die Hochspannungsverhinderungsspannung V0 gesenkt wird, erzeugt die Brennstoffzelle 11 manchmal Elektrizität. Bei dieser Elektrizitätserzeugung handelt es sich um keine gesteuerte bzw. kontrollierte Elektrizitätserzeugung, sondern um eine unbeabsichtigte Herstellung elektrischer Leistung, die aus der Senkung der Spannung resultiert. Daher wird die so erzeugte Leistung nicht notwendigerweise vollständig durch die Zusatzaggregate, Elektromotoren etc. verbraucht, sondern die durch Stromerzeugung hergestellte Energie wird, mit Ausnahme von Sonderfällen (z. B. wenn das Elektrofahrzeug in Betrieb genommen wird oder ähnliches), wahrscheinlich im Wesentlichen vollständig in eine Sekundärzelle geladen. Somit wird in der Ausführungsform in dem Fall, indem damit zu rechnen ist, dass die Sekundärzelle 12 überladen sein wird, wenn sie elektrische Leistung aufnimmt, die sekundärseitige Spannung VH auf der Leerlaufspannung OCV beibehalten, so dass kein Strom aus der Brennstoffzelle herausströmen kann. Dadurch wird die Überladung der Sekundärzelle verhindert und somit die durch Überladung bewirkte Verschlechterung der Sekundärzelle verhindert.
  • Wenn darüber hinaus zum Zeitpunkt des Startens der Brennstoffzelle 11 die BZ-Relais 24 geschlossen werden, um die Brennstoffzelle 11 und das Lastsystem zu verbinden, nachdem die sekundärseitige Spannung VH von der Ausgangsspannung OCV auf die Hochspannungsverhinderungsspannung V0 gesenkt worden ist, fließt manchmal viel Strom durch die BZ-Relais 24. Dabei verschmelzen die BZ-Relais bzw. werden beschädigt. Daher werden in dieser Ausführungsform die BZ-Relais 24 geschlossen, um die Brennstoffzelle 11 und das Lastsystem zu verbinden, während die sekundärseitige Spannung VH gleich der Leerlaufspannung OCV ist, bei der der Strom nicht aus der Brennstoffzelle 11 fließt. Danach wird die sekundärseitige Spannung VH von der Leerlaufspannung OCV auf die Hochspannungsverhinderungspannung V0 gesenkt. Dadurch wird ein Verschmelzen und Beschädigen der BZ-Relais 24 verhindert.
  • Der Steuerungsbereich 50 gibt einen Befehl aus, um den Luftkompressor 19 zu starten, nachdem die Druckbeaufschlagung des Wasserstoffsystems gestartet worden ist, wobei die BZ-Relais 24 verbunden werden und die sekundärseitige Spannung VH auf der Basis des Ladezustands der Sekundärzelle 12 eingestellt wird. Aufgrund dieses Befehls wird der Luftkompressor 19 gestartet, so dass damit begonnen wird, der Brennstoffzelle 11 Luft zuzuführen. In diesem Zusammenhang werden der Zeitpunkt des Startens der Druckbeaufschlagung des Wasserstoffsystems und der Zeitpunkt des Startens des Luftkompressors 19 nicht auf die vorstehende Beschreibung eingeschränkt. Es ist zudem ebenso zulässig, die Druckbeaufschlagung des Wasserstoffsystems zu starten und den Luftkompressor 19 zu starten, nachdem die BZ-Relais 24 verbunden worden sind und die sekundärseitige Spannung VH auf Basis des Ladezustands der Sekundärzelle 12 angepasst worden ist.
  • Nachdem der Luftkompressor 19 gestartet und damit begonnen worden ist, der Brennstoffzelle 11 Luft zuzuführen, beginnt die elektrochemische Reaktion zwischen dem Wasserstoff und dem Sauerstoff in der Luft innerhalb der Brennstoffzelle 11, so dass die BZ-Spannung VF der Brennstoffzelle 11, die durch den Spannungssensor 43 erfasst worden ist, von der Startspannung allmählich ansteigt, wie in 2 durch die gestrichelte Linie gezeigt ist. Dann erreicht die BZ-Spannung VF der Brennstoffzelle 11 die Hochspannungsverhinderungsspannung V0 in dem Fall, in dem die Sekundärzelle 12 nicht überladen sein wird, wenn sie elektrische Leistung aufnimmt. In dem Fall, wo die Sekundärzelle 12 nicht überladen sein wird, wenn sie elektrische Leistung aufnimmt, ist die sekundärseitige Spannung VH, bei der es sich um die Ausgangsspannung des Aufwärts-/Abwärts-Spannungswandlers 13 handelt, auf die Hochspannungsverhinderungsspannung V0 eingestellt worden ist, so dass die BZ-Spannung VF der Brennstoffzelle 11 ebenfalls auf der Hochspannungsverhinderungsspannung V0 gehalten wird und nicht auf die Leerlaufspannung OCV ansteigt. In dem Fall hingegen, wo die Sekundärzelle 12 überladen wird, wenn sie elektrische Leistung aufnimmt, wird die sekundärseitige Spannung VH, bei der es um die Ausgangsspannung des Aufwärts-/Abwärts-Spannungswandlers 13 geht, auf der Leerlaufspannung OCV gehalten, so dass die BZ-Spannung VF der Brennstoffzelle 11 auf die Leerlaufspannung OCV ansteigt. Dann nimmt der Steuerungsbereich 50 an, dass der Startvorgang der Brennstoffzelle 11 abgeschlossen ist, und geht zum Normalbetrieb über. Dabei weist die Brennstoffzelle 11 eine Kennlinie auf, so dass der Ausgangsstrom allmählich mit dem Anstieg der BZ-Spannung VF auf die Leerlaufspannung OCV ansteigt und null erreicht, wenn die BZ-Spannung VF die Leerlaufspannung OCV erreicht hat.
  • Als nächstes wird ein weiteres Beispiel für einen Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert. 3 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel für die Spannungssteuerung zeigt, die zum Zeitpunkt des Startens des Brennstoffzellensystems gemäß der Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird. 4 ist ein Diagramm, das ein Steuerungskennfeld der sekundärseitigen Spannung VH und des Ladeleistungs-Einschränkungswert Win der Sekundärzelle gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt. 5 ist ein Diagramm, das ein Steuerungskennfeld der sekundärseitigen Spannung VH bei dem Ladezustand der Sekundärzelle gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird, nachdem die sekundärseitige Spannung VH, bei der es sich um die Ausgangsspannung des Aufwärts-/Abwärtswandlers 13 handelt, auf die Leerlaufspannung OCV erhöht worden ist (wie durch die obere durchgehende Linie in 2 gezeigt ist), die Zufuhr von Wasserstoff aus dem Wasserstofftank 17 zur Brennstoffzelle 11 gestartet.
  • Als nächstes berechnet die Ladeleistungs-Einschränkungswert-Berechnungseinrichtung des Steuerungsbereichs 50 einen Ladeleistungs-Einschränkungswert Win der Sekundärzelle 12. Daneben berechnet die Ladezustands-Berechnungseinrichtung des Steuerungsbereichs 50 einen Ladezustand der Sekundärzelle 12. Darüber hinaus erfasst der Spannungssensor 41 die Spannung der Sekundärzelle 12.
  • Der Steuerungsbereich stellt die sekundärseitige Spannung VH ein, indem der berechnete Ladeleistungs-Einschränkungswert Win der Sekundärzelle 12 auf das Steuerungskennfeld gelegt wird, das in 4 gezeigt ist. Darüber hinaus kann der Steuerungsbereich 50 auch die sekundärseitige Spannung VH einstellen, indem der berechnete Ladezustand der Sekundärzelle 12 auf das Steuerungskennfeld gelegt wird, das in 5 gezeigt ist. Zudem kann der Steuerungsbereich 50 auch die sekundärseitige Spannung VH einstellen, indem die erfasste Sekundärzelle 12 auf das Steuerkennfeld der sekundärseitigen Spannung VH bei der Spannung der Sekundärzelle 12 gelegt wird (nicht gezeigt). In dieser Ausführungsform genügt es, wenn die sekundärseitige Spannung VH entsprechend zumindest dem Ladeleistungs-Einschränkungswert Win, dem Ladezustand und der Spannung der Sekundärzelle 12 eingestellt wird.
  • Dann gibt der Steuerungsbereich 50 einen Befehl aus, die BZ-Relais 24 zu schließen. Nachdem oder bei Verstreichen einer bestimmten Zeit, zu der die BZ-Relais aufgrund dieses Befehls geschlossen werden, ändert der Steuerungsbereich 50 die sekundärseitige Spannung VH von der Leerlaufspannung OCV auf den Wert, der wie vorstehend beschrieben eingestellt wird. In dem Fall, z. B., wo der Ladeleistungs-Einschränkungswert S2 ist, gibt die Positionierung des Werts auf dem Steuerkennfeld, das in 4 gezeigt ist, V2 als einen Wert der sekundärseitigen Spannung VH an, der einzustellen ist. Nachdem oder bei Verstreichen der bestimmten Zeit, zu der die BZ-Relais 24 geschlossen werden, ändert der Steuerungsbereich 50 die sekundärseitige Spannung VH von der Leerlaufspannung OCV auf den Wert V2. Dann erhöht der Steuerungsbereich 50 die Spannung der Brennstoffzelle 11 von der Startspannung auf den Wert V2 wie später beschrieben wird.
  • Wenn die Brennstoffzelle 11 gestartet wird, wird die sekundärseitige Spannung VH von der Leerlaufspannung OCV auf eine Spannung entsprechend dem Ladezustand der Sekundärzelle 12 verringert. Selbst in dem Fall, in dem die Brennstoffzelle 11 eine Elektrizitätserzeugung durchführt, erzeugt somit die Brennstoffzelle 11 nur eine Menge der Leistung, die die Sekundärzelle 12 aufnehmen kann. Dadurch wird ein Überladen der Sekundärzelle 12 verhindert und somit die Verschlechterung der Sekundärzelle 12, die durch das Überladen bewirkt wird, eingeschränkt.
  • Daneben wird in dieser Ausführungsform die sekundärseitige Spannung VH von der Leerlaufspannung OCV auf eine Spannung verringert, die gemäß dem Ladezustand der sekundären Zelle 12 eingestellt wird, nachdem die BZ-Relais 24 geschlossen worden sind, um die Brennstoffzelle 11 und das Lastsystem zu verbinden. Somit kann das Verschmelzen und Beschädigen der BZ-Relais 24 verhindert werden.
  • Der Steuerungsbereich 50 gibt den Befehl zum Starten des Luftkompressors 19 aus, nachdem die Druckbeaufschlagung des Wasserstoffsystems gestartet, die BZ-Relais 24 verbunden und die sekundärseitige Spannung VH auf Basis des Ladezustands der Sekundärzelle 12 eingestellt worden ist. Aufgrund dieses Befehls wird der Luftkompressor 19 gestartet, so dass damit begonnen wird, der Brennstoffzelle 11 Luft zuzuführen. Im Übrigen sind der Zeitpunkt des Startens der Druckbeaufschlagung des Wasserstoffsystems und der Zeitpunkt des Startens des Luftkompressors 19 nicht auf die vorstehende Beschreibung beschränkt. So ist es z. B. ebenso zulässig, die Druckbeaufschlagung des Wasserstoffsystems zu starten und den Luftkompressor 19 zu starten, nachdem die BZ-Relais 24 verbunden und die sekundärseitige Spannung VH auf Basis des Ladezustands der Sekundärzelle 12 angepasst worden sind.
  • Nachdem der Luftkompressor 19 gestartet worden ist und daher begonnen wird, der Brennstoffzelle 11 Luft zuzuführen, beginnt innerhalb der Brennstoffzelle 11 die elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff, so dass die BZ-Spannung VF der Brennstoffzelle 11, die durch den Spannungssensor 43 erfasst wird, allmählich von der Startspannung ansteigt, wie durch die gestrichelte Linie in 3 gezeigt ist. Dann erreicht der BZ-Spannung VF der Brennstoffzelle die sekundärseitige Spannung VH (z. B. V2, wie in 3 gezeigt ist), die gemäß dem Ladezustand der Sekundärzelle 12 eingestellt ist. Dann nimmt der Steuerungsbereich 50 an, dass der Startvorgang der Brennstoffzelle 11 abgeschlossen ist, und geht in den Normalbetrieb über.
  • Wenn in der Ausführungsform wie vorstehend beschrieben die Brennstoffzelle gestartet wird, wird die Spannung der Brennstoffzelle höher eingestellt als die Hochspannungsverhinderungsspannung, um den Ausgangsstrom der Brennstoffzelle abhängig vom Ladezustand der Sekundärzelle einzuschränken. Wenn die Brennstoffzelle gestartet wird, wird aufgrund dessen das Überladen der Sekundärzelle aufgrund der von der Brennstoffzelle zugeführten elektrischen Leistung eingeschränkt, so dass die durch die Überladung bewirkte Verschlechterung der Sekundärzelle eingeschränkt werden kann.
  • Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf ihre beispielhaften Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen oder Konstruktionen beschränkt ist. Die Erfindung soll demgegenüber verschiedene Modifizierungen und entsprechende Anordnungen abdecken. Während darüber hinaus die verschiedenen Elemente der beispielhaften Ausführungsformen in verschiedenen beispielhaften Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, fallen andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr oder weniger Elemente oder nur ein einziges Element beinhalten, ebenfalls in den Schutzbereich der Erfindung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2007-26891 [0003, 0004]
    • JP 2007-26891 A [0003, 0004]

Claims (9)

  1. Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine Sekundärzelle, die auf- und entladbar ist; einen Spannungstransformator, der zwischen der Sekundärzelle und einem Lastsystem angeordnet ist; eine Brennstoffzelle, die durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brenngas und einem Oxidationsgas Elektrizität erzeugt und die der Sekundärzelle und dem Lastsystem, das mit dem Spannungstransformator miteinander einen gemeinsamen elektrischen Weg benutzt, elektrische Leistung zuführt; ein BZ-Relais, das eine elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und dem gemeinsamen elektrischen Weg ein- und ausschaltet; und einen Steuerungsbereich, der ein Öffnen/Schließen des BZ-Relais und eine Spannung der Brennstoffzelle steuert, dadurch gekennzeichnet, dass: der Steuerungsbereich eine Starteinrichtung zum Starten der Brennstoffzelle beinhaltet; wenn die Sekundärzelle überladen zu werden droht, wenn die Sekundärzelle eine elektrische Leistung aufnimmt, die Starteinrichtung die Brennstoffzelle startet, indem eine Spannung, die von dem Spannungstransformator zugeführt wird, auf eine Leerlaufspannung der Brennstoffzelle eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von einer Startspannung auf die Leerlaufspannung erhöht wird; und wenn die Sekundärzelle nicht überladen werden soll, wenn die Sekundärzelle elektrische Leistung aufnimmt, die Starteinrichtung die Brennstoffzelle startet, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf eine Hochspannungsverhinderungsspannung, die niedriger ist als die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle ist, bei oder nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit im Anschluss an die Ausgabe eines Befehls, das BZ-Relais zu schließen, eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Hochspannungsverhinderungsspannung erhöht wird.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Ladeleistungs-Einschränkungswert-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Ladeleistungs-Einschränkungswerts (Win) der Sekundärzelle, wobei: wenn der berechnete Ladeleistungs-Einschränkungswert (Win) größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, die Starteinrichtung bestimmt, dass die Sekundärzelle überladen zu werden droht, wenn die Sekundärzelle elektrische Leistung aufnimmt, und die Brennstoffzelle startet, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Leerlaufspannung erhöht wird; und wenn der berechnete Ladeleistungs-Einschränkungswert (Win) kleiner als der vorbestimmte Wert ist, die Starteinrichtung bestimmt, dass die Sekundärzelle nichtüberladen zu werden droht, wenn die Sekundärzelle die elektrische Leistung aufnimmt, und die Brennstoffzelle startet, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf die Hochspannungsverhinderungsspannung bei oder nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit im Anschluss an die Ausgabe eines Befehls, das BZ-Relais zu schließen, eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Hochspannungsverhinderungsspannung erhöht wird.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: eine Ladezustands-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Zustands der Sekundärzelle, wobei: wenn der berechnete Ladezustand größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, die Starteinrichtung bestimmt, dass die Sekundärzelle überladen zu werden droht, wenn die Sekundärzelle elektrische Leistung aufnimmt, und die Brennstoffzelle startet, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Leerlaufspannung erhöht wird; und wenn der berechnete Ladezustand den vorbestimmten Wert unterschreitet, die Starteinrichtung bestimmt, dass die Sekundärzelle nicht überladen zu werden droht, wenn die Sekundärzelle elektrische Leistung aufnimmt, und die Brennstoffzelle startet, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf die Hochspannungsverhinderungsspannung bei oder nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit im Anschluss an die Ausgabe eines Befehls, das BZ-Relais zu schließen, eingestellt wird und indem die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Hochspannungsverhinderungsspannung eingestellt wird.
  4. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: eine Spannungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Spannung der Sekundärzelle, wobei: wenn die erfasste Spannung größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, die Starteinrichtung bestimmt, dass die Sekundärzelle überladen zu werden droht, wenn die Sekundärzelle elektrische Leistung aufnimmt, und die Brennstoffzelle startet, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Leerlaufspannung erhöht wird; und wenn die erfasste Spannung den vorbestimmten Wert unterschreitet, die Starteinrichtung bestimmt, dass die Sekundärzelle nicht überladen zu werden droht, wenn die Sekundärzelle elektrische Leistung aufnimmt, und die Brennstoffzelle startet, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf die Hochspannungsverhinderungsspannung bei oder nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit im Anschluss an die Ausgabe eines Befehls, das BZ-Relais zu schließen, eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Hochspannungs-Verhinderungsspannung erhöht wird.
  5. Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine Sekundärzelle, die auf- und entladbar ist; einen Spannungstransformator, der zwischen der Sekundärzelle und einem Lastsystem angeordnet ist; eine Brennstoffzelle, die durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brenngas und einem Oxidationsgas Elektrizität erzeugt und der Sekundärzelle und dem Lastsystem, das mit dem Spannungstransformator miteinander einen gemeinsamen elektrischen Weg benutzt, elektrische Leistung zuführt; ein BZ-Relais, das die elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und dem gemeinsamen elektrischen Weg ein- und ausschaltet; und einen Steuerungsbereich, der ein Öffnen/Schließen des BZ-Relais und eine Spannung der Brennstoffzelle steuert, dadurch gekennzeichnet, dass: der Steuerungsbereich eine Starteinrichtung zum Starten der Brennstoffzelle beinhaltet, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf eine Spannung zwischen einer Leerlaufspannung der Brennstoffzelle und einer Hochspannungsverhinderungsspannung, die niedriger als die Leerlaufspannung ist, entsprechend dem Ladezustand der Sekundärzelle während oder nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit im Anschluss an die Ausgabe eines Befehls, das BZ-Relais zu schließen, eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Soll-Spannung erhöht wird.
  6. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, ferner aufweisend eine Ladeleistungs-Einschränkungswert-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Ladeleistungs-Einschränkungswerts (Win) der Sekundärzelle, wobei die Starteinrichtung die Brennstoffzelle startet, indem die von dem von Spannungstransformator zugeführte Spannung auf die Spannung zwischen der Leerlaufspannung der Brennstoffzelle und der Hochspannungsverhinderungsspannung gemäß einem berechneten Wert des Ladeleistungs-Einschränkungswerts (Win) bei oder nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit im Anschluss an die Ausgabe eines Befehls, das BZ-Relais zu schließen, eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Soll-Spannung erhöht wird.
  7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5 oder 6, ferner aufweisend: eine Ladezustands-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Ladezustands der Sekundärzelle, wobei die Starteinrichtung die Brennstoffzelle startet, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf die Spannung zwischen der Leerlaufspannung der Brennstoffzelle und der Hochspannungsverhinderungsspannung gemäß einem berechneten Wert des Ladezustands bei oder nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit im Anschluss an die Ausgabe eines Befehls, das BZ-Relais zu schließen, eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Soll-Spannung erhöht wird.
  8. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, ferner aufweisend eine Spannungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Spannung der Sekundärzelle, wobei die Starteinrichtung die Brennstoffzelle startet, indem die von dem Spannungstransformator zugeführte Spannung auf die Spannung zwischen der Leerlaufspannung der Brennstoffzelle und der Hochspannungsverhinderungsspannung gemäß einem erfassten Wert der Spannung bei oder nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit im Anschluss an die Ausgabe eines Befehls, das BZ-Relais zu schließen, eingestellt wird und die Spannung der Brennstoffzelle von der Startspannung auf die Soll-Spannung erhöht wird.
  9. Elektrofahrzeug, das mit dem Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgestattet ist.
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