DE112011105797B4 - Ausgabesteuervorrichtung für eine Brennstoffzelle - Google Patents

Ausgabesteuervorrichtung für eine Brennstoffzelle Download PDF

Info

Publication number
DE112011105797B4
DE112011105797B4 DE112011105797.0T DE112011105797T DE112011105797B4 DE 112011105797 B4 DE112011105797 B4 DE 112011105797B4 DE 112011105797 T DE112011105797 T DE 112011105797T DE 112011105797 B4 DE112011105797 B4 DE 112011105797B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
voltage
output
power
control mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE112011105797.0T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112011105797T5 (de
Inventor
c/o TOYOTA JIDOSHA K. K. Kaneko Tomohiko
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of DE112011105797T5 publication Critical patent/DE112011105797T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112011105797B4 publication Critical patent/DE112011105797B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/0488—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H01M8/04589—Current of fuel cell stacks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Ausgabesteuervorrichtung für eine Brennstoffzelle (2), die einen Steuermodus zwischen einem Leistungssteuermodus, in dem eine Ausgabeleistung einer mit einer Last (6) verbundenen Brennstoffzelle (2) so gesteuert wird, dass sie bei einer Sollleistung ist, und einem Spannungssteuermodus schalten kann, in dem eine Ausgabespannung der Brennstoffzelle (2) so gesteuert wird, dass sie bei einer Sollspannung ist, wobei eine Steuerung in den Spannungssteuermodus ausgeführt wird, wenn die Ausgabespannung der Brennstoffzelle (2) unter einen vorbestimmten Niederspannungs-Schwellenwert fällt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgabesteuervorrichtung für eine Brennstoffzelle.
  • STAND DER TECHNIK
  • Als Beispiel von für Brennstoffzellenfahrzeuge verwendeten Leistungssystemen ist eine im Patentdokument 1 offenbarte Technik bekannt. In diesem Leistungssystem wird ein tatsächlich gemessener Wert der Ausgangsspannung einer Brennstoffzelle von einer FC-gemessenen Leistungseingabeeinrichtung zu einer Abweichungsberechnungseinrichtung ausgegeben und eine Befehlsstromberechnungseinrichtung leitet einen erforderlichen Strombefehlswert für die Brennstoffzelle durch Teilen eines erforderlichen FC-Leistungsbefehlswerts durch die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle ab.
  • Andererseits enthält das in Patentdokument 2 offenbarte Leistungssystem: eine Brennstoffzelle und eine Batterie, die parallel bezüglich einer Last verbunden sind; einen zwischen der Brennstoffzelle und der Last angebrachten ersten Wandler; und einen zwischen der Batterie und der Last angebrachten zweiten Wandler, in dem der erste oder der zweite Wandler die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle oder der Batterie steuert.
  • In der DE 11 2008 003 145 T5 ist ein Brennstoffzellensystem offenbart, das eine Brennstoffzelle, die bei Erhalt eines Reaktionsgases elektrische Leistung erzeugt, eine Steuereinrichtung, die eine Steuerung zur Vermeidung eines hohen Potentials ausführt, bei der die Obergrenze für die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle als Spannung zur Vermeidung eines hohen Potentials niedriger ist als die Leerlaufspannung, und eine Systemleistungsbedarfs-Berechnungsvorrichtung aufweist, die von einem Systemleistungsbedarf, der aus einer Lastforderung berechnet wird, und einem Systemleistungsbedarf, der aus einer Spannung zur Vermeidung eines hohen Potentials berechnet wird, den höheren Systemleistungsbedarf als Systemleistungsbedarf für die Brennstoffzelle berechnet.
  • Ferner ist in der DE 11 2008 003 416 T5 ein Brennstoffbatterie-System offenbart, das eine Brennstoffbatterie, die ein zugeführtes Reaktionsgas empfängt, um Leistung zu erzeugen, eine Schätzeinrichtung, die Ausgabeeigenschaften der Brennstoffbatterie schätzt, eine Einrichtung zum Einstellen einer Spannung, mit der ein hohes Potential vermieden wird, die einen Sollwert für die Spannung, mit der ein hohes Potential vermieden wird, einstellt, eine Sollleistungs-Berechnungseinrichtung, die den Sollwert für die Spannung, mit der ein hohes Potential vermieden wird, auf Basis der Ausgabeeigenschaften in einen Sollleistungswert umwandelt und den Sollleistungswert auf einen Bereich zwischen einem vorgegebenen oberen Grenzwert und einem vorgegebenen unteren Grenzwert beschränkt, und eine Steuereinrichtung aufweist, die den Betrieb der Brennstoffbatterie auf Basis des Sollleistungswerts steuert, während sie die Ausgangsspannung der Brennstoffbatterie auf einen Wert beschränkt, der nicht höher ist als die Sollspannung, mit der ein hohes Potential vermieden wird.
  • In der DE 11 2006 001 469 T5 ist eine Brennstoffzellenvorrichtung offenbart, die eine wiederaufladbare Leistungsspeichereinrichtung, eine Brennstoffzelleneinheit einschließlich einer Brennstoffzelle mit einem Katalysator, eine Steuereinrichtung, die das Laden und Entladen der wiederaufladbaren Steuervorrichtung und die Leistungserzeugung der Brennstoffzelleneinheit entsprechend einer Systemleistungsausgabe-Forderung steuert, aufweist, wobei die Brennstoffzellenvorrichtung dadurch gekennzeichnet, ist, dass die Steuereinrichtung so konfiguriert ist, dass sie eine Variation der Leistungsmenge, die von der Brennstoffzelleneinheit erzeugt werden soll, entsprechend einer Beziehung zwischen einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelleneinheit und einem Oxidations-/Reduktionspotential des Katalysators begrenzt, und eine Leistungsmenge, die verwendet werden soll, um die wiederaufladbare Leistungsspeichereinrichtung zu laden oder zu entladen, gemäß der begrenzten Variation der Leistungsmenge, die von der Brennstoffzelleneinheit erzeugt werden soll, erhöht, um die Systemleistungsausgabe-Forderung zu erfüllen.
  • STAND DER TECHNIK DOKUMENTE
  • PATENTDOKUMENTE
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
  • Bei Brennstoffzellensystemen wird die Ausgangsspannung einer Brennstoffzelle direkt von den folgenden Perspektiven gesteuert: einer effizienten Energieverwaltung des gesamten Brennstoffzellensystems, das die Brennstoffzelle, eine Batterie und Hilfsmaschinen enthält; von Verbesserungen des Ansprechverhaltens zum raschen Verändern der erforderlichen Menge der Leistungserzeugung (die beispielsweise auftreten, wenn eine rasche Beschleunigung in einem Brennstoffzellenfahrzeug erforderlich ist); und eines Schutzes der Batterie. Allerdings kann, wenn der Leistungserzeugungszustand einer Brennstoffzelle durch eine Rückkopplungssteuerung basierend auf einer Abweichung zwischen einer erforderlichen Leistung und einer ausgegebenen Leistung (d. h. einer Steuerung in einem Leistungssteuermodus) aus den vorstehend erwähnten Perspektiven gesteuert wird, sich manchmal die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle auf einen unerwünschten Ausgangsspannungswert verringern, der eine Verschlechterung der Brennstoffzelle und eine Verringerung deren Haltbarkeit verursachen kann.
  • Beispielsweise weist eine Feststoffpolymer-Brennstoffzelle einen Membranelektrodenzusammenbau auf, in dem ein Polymer-Elektrolyt-Membran für selektives Übertragen von Wasserstoffionen durch ein Paar von Elektroden aus porösem Material sandwichförmig aufgenommen wird, wobei jeweils das Paar der Elektroden eine Katalysatorschicht aufweist, die als deren Hauptkomponente Kohlenstoffpulver, das einen platinbasierten metallischen Katalysator (wird nachstehend als „Elektrodenkatalysator“ bezeichnet) trägt, und eine Gasdiffusionsschicht enthält, die sowohl Luftdurchlässigkeit als auch eine elektronische Leitfähigkeit aufweist.
  • Falls die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle von dieser Art unter einen vorbestimmten Spannungsschwellenwert während deren Betrieb abfällt, tritt eine Verschlechterung des Elektrodenkatalysators und eine Verringerung deren Haltbarkeit auf. Dadurch ist es aus der Perspektive der Vermeidung einer solchen Verschlechterung des Elektrodenkatalysators und einer solchen Verringerung deren Haltbarkeit auch notwendig, dass der Leistungserzeugungszustand der Brennstoffzelle so gesteuert werden kann, dass die Ausgangsspannung bei einem vorbestimmten Spannungsschwellenwert oder höher gehalten wird.
  • Allerdings fungiert, während die Steuerung in dem Leistungssteuermodus ausgeführt wird, selbst wenn die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle unter dem vorbestimmten Spannungsschwellenwert fällt, die Rückkoppelungssteuerung lediglich um die Abweichung zwischen der erforderlichen Leistung und der Ausgabeleistung zu verringern und es ist daher unmöglich, die Probleme der Verschlechterung des Elektrodenkatalysators und der Verringerung deren Haltbarkeit zu vermeiden. Falls der Leistungserzeugungszustand der Brennstoffzelle der Rückkoppelungssteuerung basierend auf der Abweichung zwischen einer erforderlichen Leistung und einer Ausgangsspannung unterzogen wird, um eine solche Verschlechterung des Elektrodenkatalysators und eine solche Verringerung deren Haltbarkeit zu verhindern, dann wird es schwierig, eine effiziente Energieverwaltung und Verbesserung des Ansprechverhaltens zu erreichen, die zu einer Verschlechterung einer Batterie und Verringerung deren Haltbarkeit führen könnte.
  • Die vorliegende Erfindung wurde durchgeführt, um die vorstehenden Probleme zu lösen und die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Unterdrückung der Verschlechterung einer Brennstoffzelle und der Verringerung deren Haltbarkeit; und die Optimierung der Ausgabesteuerung der Brennstoffzelle auszugleichen.
  • MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
  • Um die vorstehenden Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Ausgabesteuervorrichtung für eine Brennstoffzelle bereit, die einen Steuermodus zwischen einem Leistungssteuermodus, in dem eine Ausgabeleistung einer mit einer Last verbundenen Brennstoffzelle so gesteuert wird, dass sie bei einer Sollleistung ist, und einem Spannungssteuermodus schalten kann, in dem eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle so gesteuert wird, dass sie eine Sollspannung ist, wobei die Ausgabesteuervorrichtung eine Konfiguration verwendet, in der eine Steuerung in dem Spannungssteuermodus ausgeführt wird, wenn die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle unter einem vorbestimmten Niederspannungs-Schwellenwert fällt.
  • Mit einer solchen Konfiguration können, wenn die Steuerung derart ausgeführt wird, dass die Ausgabeleistung der Brennstoffzelle bei einer Sollleistung ist, beispielsweise während eines Normalbetriebs der Brennstoffzelle, eine effiziente Energieverwaltung und Verbesserungen des Ansprechverhaltens erreicht werden. Zudem können durch Anwenden einer solchen Konfiguration auf ein Brennstoffzellensystem, das eine Batterie enthält, die parallel mit der Brennstoffzelle bezüglich der Last angebracht ist, eine Überschussladung und eine Überentladung der Batterie verhindert werden und der Schutz der Batterie kann auch erreicht werden.
  • Wenn die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle unter dem vorbestimmten Niederspannungs-Schwellenwert fällt, während die Steuerung in dem Leistungssteuermodus ausgeführt wird, wird die Steuerung basierend auf der Leistung zu der Steuerung basierend auf der Spannung geschalten, bei der die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle so gesteuert wird, dass sie bei einer Sollspannung ist. Dadurch ist es möglich, die Verschlechterung eines Elektrodenkatalysators in der Brennstoffzelle und die Verringerung deren Haltbarkeit zu vermeiden, die aus der Abnahme der Ausgangsspannung erfolgt.
  • Es soll beachtet werden, dass sich der „vorbestimmte Niederspannungs-Schwellenwert“ auf einen Spannungswert bezieht, der keine Verschlechterung des Elektrodenkatalysators in der Brennstoffzelle und keine Verringerung deren Haltbarkeit verursacht und ein solcher Wert wird nach Bedarf entsprechend der Spezifikation des Elektrodenkatalysators usw. festgelegt.
  • Bei der vorstehenden Konfiguration kann die Sollspannung der Brennstoffzelle auf den Niederspannungs-Schwellenwert oder einen durch Addieren eines vorbestimmten zusätzlichen Werts zu den Niederspannungs-Schwellenwert erhaltenen Wert festgelegt werden und anschließend kann die Steuerung in dem Spannungssteuermodus ausgeführt werden.
  • Mit einer solchen Konfiguration wird eine Steuerung so ausgeführt, dass die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle auf einen Niederspannungs-Schwellenwert oder höher erhöht wird. Insbesondere wurde bei einer Situation, in der die Sollspannung der Brennstoffzelle auf den durch Addieren des vorbestimmten zusätzlichen Werts zu dem Niederspannungs-Schwellenwert erhaltenen Wert festgelegt wurde, möglich, rasch den Zustand zu beseitigen, in dem die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle unter den Niederspannungs-Schwellenwert fällt.
  • Wie vorstehend beschrieben, sollte die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle nicht zu gering sein. Allerdings wird andererseits eine übermäßig hohe Ausgangsspannung eine Verschlechterung der Brennstoffzelle (insbesondere eine Verschlechterung eines Polymer-Elektrolyt-Membrans in der Brennstoffzelle) und eine Verringerung deren Haltbarkeit verursachen.
  • Unter Berücksichtigung eines solchen Aspekts kann, um ein Problem zu vermeiden, das während eines solchen Hochspannungs-Zustands entsteht, die Ausgabesteuervorrichtung mit der vorstehenden Konfiguration alternativ derart konfiguriert sein, dass die Steuerung in dem Spannungssteuermodus ausgeführt wird, wenn die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle über einen vorbestimmten Hochspannungs-Schwellenwert steigt.
  • In dieser Konfiguration kann die Sollspannung der Brennstoffzelle auf den Hochspannungs-Schwellenwert oder einen durch Subtrahieren eines vorbestimmten zusätzlichen Werts von dem Hochspannungs-Schwellenwert erhaltenen Wert festgelegt werden und anschließend kann die Steuerung in dem Spannungssteuermodus ausgeführt werden.
  • Mit einer solchen Konfiguration wird eine Steuerung so ausgeführt, dass die Ausgabeleistung der Brennstoffzelle auf den Hochspannungs-Schwellenwert oder geringer abfällt. Insbesondere wird es, wenn die Sollspannung der Brennstoffzelle auf den durch Subtrahieren des zusätzlichen Werts von dem Hochspannungs-Schwellenwert erhaltenen Wert festgelegt wird, möglich, rasch den Zustand zu beseitigen, in dem die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle über dem Hochspannungs-Schwellenwert liegt.
  • Bei der vorstehenden Konfiguration kann die Ausgabesteuervorrichtung ein Auslastungsberechnungsteil aufweisen, das einen Auslastungsbefehlswert berechnet, der zu einem Aufwärtswandler zuzuführen ist, welcher die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle erhöht und die erhöhte Spannung zu der Last ausgibt, in dem das Auslastungsberechnungsteil einen ersten Auslastungsbefehlswert ausgibt, der unter Verwendung der Ausgabeleistung und der Sollleistung der Brennstoffzelle berechnet wird, während die Steuerung in dem Leistungssteuermodus ausgeführt wird, und einen zweiten Auslastungsbefehlswert ausgibt, der unter Verwendung der Ausgangsspannung und der Sollspannung der Brennstoffzelle berechnet wird, während die Steuerung in dem Spannungssteuermodus ausgeführt wird.
  • In dieser Konfiguration kann das Auslastungsberechnungsteil ein Steuermodusschaltteil aufweisen, das als auszugebenden Auslastungsbefehlswert den ersten Auslastungsbefehlswert auswählt, wenn die Steuerung in dem Leistungssteuermodus ausgeführt wird, und den zweiten Auslastungsbefehlswert auswählt, wenn die Steuerung in dem Spannungssteuermodus ausgeführt wird.
  • Die vorstehende Konfiguration setzt voraus, dass der Steuermodus unter der Bedingung geschaltet wird, dass die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle unter den vorbestimmten Niederspannungs-Schwellenwert fällt oder über den Hochspannungs-Schwellenwert steigt. Allerdings kann es unter Berücksichtigung der Tatsachen, dass eine bestimmte Korrelation zwischen der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle und dem Ausgangsstrom und der Ausgabeleistung der Brennstoffzelle besteht, alternativ möglich sein, den Steuermodus basierend auf einem vorbestimmten Hochstrom-Schwellenwert oder einem vorbestimmten Niederspannungs-Schwellenwert entsprechend dem „vorbestimmten Niederspannungs-Schwellenwert“ oder basierend auf einem vorbestimmten Niederstrom-Schwellenwert oder einem vorbestimmten Hochleistungs-Schwellenwert entsprechend dem „vorbestimmten Hochspannungs-Schwellenwert“ zu schalten.
  • Insbesondere kann der Steuermodus unter der Bedingung geschaltet werden, dass (1) der Ausgangsstrom der Brennstoffzelle über einen vorbestimmten Hochstrom-Spannungswert steigt, oder (2) die Ausgabeleistung der Brennstoffzelle unter einem vorbestimmten Niederspannungs-Schwellenwert fällt, statt der vorstehend erwähnten Bedingung, dass „die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle unter einem vorbestimmten Niederspannungs-Schwellenwert fällt“. Alternativ kann der Steuermodus unter der Bedingung geschalten werden, dass (3) der Ausgangsstrom der Brennstoffzelle unter einem vorbestimmten Niederstrom-Schwellenwert fällt, oder (4) die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle über einen vorbestimmten Hochspannungs-Schwellenwert steigt, statt der vorstehend erwähnten Bedingung, dass „die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle über einen vorbestimmten Hochspannungs-Schwellenwert steigt“.
  • EFFEKTE DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Unterdrückung der Verschlechterung einer Brennstoffzelle und die Verringerung deren Haltbarkeit und die Optimierung der Ausgabesteuerung der Brennstoffzelle auszugleichen.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das schematisch eine Ausführungsform einer Ausgabesteuervorrichtung für eine Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform eines Auslastungsberechnungsteils in 1 darstellt.
    • 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von IV-Eigenschaften und IP-Eigenschaften der Brennstoffzelle darstellt.
    • 4 ist ein Blockdiagramm, das ein Abwandlungsbeispiel des Auslastungsberechnungsteils in 2 darstellt.
  • BETRIEBSWEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems, das eine Ausgabesteuervorrichtung für eine Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, wird nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Figuren beschrieben. Diese Ausführungsform setzt voraus, dass die Brennstoffzelle als ein fahrzeugseitiges Leistungserzeugungssystem für ein Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug (FCHV) verwendet wird.
  • Zunächst werden Konfigurationen des Brennstoffzellensystems mit Bezug auf 1 beschrieben. Wie in 1 gezeigt, enthält das Brennstoffzellensystem 1 eine Brennstoffzelle 2, die eine elektrische Leistung durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Oxidationsgas und einem Brennstoffgas erzeugt, die als Reaktionsgase dienen. Der Leistungserzeugungszustand der Brennstoffzelle 2 wird durch ein Steuerteil 11 gesteuert.
  • Die Brennstoffzelle 2 kann beispielsweise aus einer Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle sein und weist eine Stapelstruktur mit einer Mehrzahl von in Reihe gestapelten Einheitszellen auf. Die Einheitszellen enthalten jeweils: einen Membran-Elektroden-Zusammenbau (nachstehend als „MEA“ bezeichnet), in dem eine Polymer-Elektrolyt-Membran zum selektiven Übertragen von Wasserstoffionen durch ein Paar von Elektroden aus einem porösen Material sandwichartig aufgenommen ist; und ein Paar von Separatoren, die eine solche MEA sandwichförmig aufnehmen.
  • Jede Elektrode in dem Paar der Elektroden weist eine Katalysatorschicht, die als deren Hauptbestandteil Kohlenstoffpulver, das einen platinbasierten metallischen Katalysator (nachstehend als „Elektrodenkatalysator“ bezeichnet) beinhaltet, und eine Gasdiffusionsschicht auf, die sowohl eine Luftdurchlässigkeit als auch eine elektronische Leitfähigkeit aufweist. Die Brennstoffzelle 2 ist mit einem Spannungssensor Sv zum Erfassen einer Ausgangsanschlussspannung und einem Stromsensor Si zum Erfassen deren Ausgangsstrom vorgesehen.
  • Zudem ist die Brennstoffzelle 2 mit einem ersten Aufwärtswandler 5 verbunden. Der erste Aufwärtswandler 5 ist ein Gleichstrom-Spannungswandler, der eine Funktion zum Regeln einer Gleichstromspannungseingabe von der Brennstoffzelle 2 und zur Ausgabe der resultierenden Spannung zu einem Inverter 4 aufweist. Der erste Aufwärtswandler 5 ist mit einem ersten Antriebsmotor (Last) 6 über den Inverter 4 verbunden und ist auch mit einer Batterie 9, die eine sekundäre Zelle ist, und verschiedenen Typen von Hilfs- bzw. Nebenmaschinen 10 über einen zweiten Aufwärtswandler 8 verbunden.
  • Der zweite Aufwärtswandler 8 ist ein Gleichstrom-Spannungswandler, der eine Funktion zum Regeln einer Gleichstromspannungseingabe von der Batterie 9 und zur Ausgabe der resultierenden Spannung zu dem Inverter 4 und eine Funktion zum Regeln einer Gleichstromspannungseingabe von der Brennstoffzelle oder dem Antriebsmotor 6 und einer Ausgabe der resultierenden Spannung zu der Batterie 9 aufweist. Solche Funktionen des zweiten Aufwärtswandlers 8 ermöglichen, dass die Batterie 9 geladen und entladen wird.
  • Die Batterie 9 weist gestapelte Batteriezellen auf und stellt ein bestimmtes Niveau der hohen Spannung als deren Anschlussspannung bereit. Die Batterie 9 ist in der Lage, mit einer Überschussleistung geladen zu werden, die durch Subtrahieren der Leistung, die durch die den Antriebsmotor 6 enthaltene Gesamtlast verbraucht wird, von der Ausgabeleistung der Brennstoffzelle 2 erhalten wird; und als Sekundärleistungszufuhr für den Antriebsmotor 6 dient. Wenn die Batterie 9 weiterhin mit deren SOC (Ladungszustand), d.h. die verbleibende Kapazität davon, in einem extrem hohen Bereich oder einem extrem geringen Bereich verwendet wird, kann die Verschlechterung oder Verringerung der Haltbarkeit der Batterie 9 voranschreiten.
  • Dadurch steuert grundsätzlich das Brennstoffzellensystem 1 in dieser Ausführungsform den Leistungserzeugungszustand der Brennstoffzelle 2 basierend auf der Ausgabeleistung der Brennstoffzelle 2 und steuert den Leistungserzeugungszustand der Brennstoffzelle 2 basierend auf der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 unter vorbestimmten Bedingungen (die nachstehend beschrieben werden).
  • Der Antriebsmotor 6 kann beispielsweise ein Dreiphasen-Wechselstrommotor sein, der als Hauptleistungsquelle eines Brennstoffzellenfahrzeugs dient, in dem das Brennstoffzellensystem 1 installiert ist. Der zu dem Antriebsmotor 6 verbundene Inverter 4 wandelt einen Gleichstrom zu einem Dreiphasen-Wechselstrom um und führt den resultierenden Dreiphasen-Wechselstrom zu dem Antriebsmotor 6 zu.
  • Das Steuerteil 11 ist eine Hochniveau-Steuervorrichtung, welche die Operation von verschiedenen Vorrichtungen in dem System beispielsweise basierend auf der Menge von Operationen eines Beschleunigungsbetätigungselements (z.B. einem Gaspedal) steuert, das in dem Brennstoffzellenfahrzeug vorgesehen ist. Ein Auslastungsberechnungsteil 20 zum Berechnen eines Auslastungsbefehlswerts, der zu dem ersten Aufwärtswandler 5 zuzuführen ist, wird zwischen dem Steuerteil 11 und dem Aufwärtswandler 5 vorgesehen. Kurzum, in dieser Ausführungsform ist die Ausgabesteuervorrichtung für die Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch den ersten Aufwärtswandler 5, das Steuerteil 11 und das Auslastungsberechnungsteil 20 gebildet.
  • Als Nächstes wird eine Ausführungsform des in 1 gezeigten Auslastungsberechnungsteil 20 ausführlich mit Bezug auf 2 beschrieben. In dem Auslastungsberechnungsteil 20 gemäß dieser Ausführungsform sind eine erste Steuerung 21 bezogen auf die Steuerung der Brennstoffzelle 2 in dem Leistungssteuermodus und eine zweite Steuerung 22 bezogen auf die Steuerung der Brennstoffzelle 2 in einem Spannungssteuermodus parallel miteinander verbunden.
  • Die erste Steuerung 21 ist in einer Rückkopplungssteuerungsschaltung enthalten und empfängt als Eingaben einen Leistungsbefehlswert P_ref, der beispielsweise aus dem als eine Hochniveau-Steuervorrichtung dienenden Steuerteil 11 ausgegeben wird, als Pluskomponente und einen derzeitigen Leistungswert P_mes, der aus den entsprechenden Ausgabewerten des Stromsensors Si und des Spannungssensors Sv berechnet wird, als Minuskomponente. Mit anderen Worten, ein unterschiedlicher Leistungswert ΔP, der ein Unterschiedswert zwischen dem Leistungsbefehlswert P_ref und dem vorliegenden Leistungswert P_mes ist, d.h. ein Defizit der Menge der erzeugten Leistung relativ zu der Menge der aus der Brennstoffzelle 2 geforderten Leistung wird zu der ersten Steuerung 21 eingegeben. Die erste Steuerung 21 gibt einen ersten Auslastungsbefehlswert für den ersten Aufwärtswandler 5 basierend auf dem unterschiedlichen Leistungswert ΔP aus.
  • Die zweite Steuerung 22 ist in der Rückkopplungssteuerungsschaltung enthalten und empfängt als Eingaben einen Spannungsbefehlswert V_ref, der beispielsweise als eine Pluskomponente von dem Steuerteil 11 ausgegeben wird, als eine Pluskomponente und einen vorliegenden derzeitigen Spannungswert V_mes, der aus dem Ausgabewert des Spannungssensors Sv berechnet wird, als eine Minuskomponente. Mit anderen Worten, ein unterschiedlicher Spannungswert ΔV, der ein Unterschiedswert zwischen dem Spannungsbefehlswert V_ref und dem derzeitigen Spannungswert V_mes ist, wird an die zweite Steuerung 22 eingegeben. Die zweite Steuerung 22 gibt einen zweiten Auslastungsbefehlswert für den ersten Aufwärtswandler 5 basierend auf dem unterschiedlichen Spannungswert ΔV aus.
  • Ein Schalter (Steuermodusschaltungsteil) 23 ist in der ersten Steuerung 21 und der zweiten Steuerung 22 nachgelagert. Der Schalter 23 wählt einen Auslastungsbefehlswert, aus der schließlich zu dem ersten Aufwärtswandler zuzuführen ist. Die Schaltoperation des Schalters 23 wird basierend auf einem Schaltbefehl beispielsweise aus dem Steuerteil 11 gesteuert, sodass der erste Auslastungsbefehlswert, der aus der ersten Steuerung 21 ausgegeben wird, ausgewählt wird, wenn bevorzugt wird, dass der Leistungserzeugungszustand der Brennstoffzelle 2 in dem Leistungssteuermodus gesteuert wird (z.B. während einer Normaloperation, und wenn eine rasche Beschleunigung erforderlich ist), während der zweite Auslastungsbefehlswert, der aus der zweiten Steuerung 22 ausgegeben wird, ausgewählt wird, wenn vorzugsweise der Leistungserzeugungszustand der Brennstoffzelle 2 in dem Spannungssteuermodus gesteuert wird (z.B. bei einer Situation, bei der die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 unter einem vorbestimmten Niederspannungs-Schwellenwert fällt oder über einen vorbestimmten Hochspannungs-Schwellenwert steigt).
  • Diese Ausführungsform ermöglicht nicht nur sowohl den einzugebenden Leistungsbefehlswert P_ref und den einzugebenden Spannungsbefehlswert V_ref, sondern ermöglicht auch die basierend auf einen von diesen zwei Befehlswerten zu steuernde Ausgabe der Brennstoffzelle 2. Demgemäß ist es möglich, den Steuermodus zum Steuern der Ausgabeleistung der Brennstoffzelle 2 auszuwählen und auszuführen, sodass sie ein Sollwert hauptsächlich für den Zweck der Energieverwaltung und zum Schutz der Batterie ist, beispielsweise während der Normaloperation oder wenn eine rasche Beschleunigung erforderlich ist, während es auch möglich ist, den Steuermodus für das direkte Steuern der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 auszuwählen und auszuführen, sodass sie eine Sollspannung für zum Zweck der Unterdrückung der Verschlechterung der Brennstoffzelle und/oder der Verringerung deren Haltbarkeit ist, wenn die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle gesteuert werden muss, sodass sie bei einem vorbestimmten Niederspannungs-Schwellenwert oder höher oder bei einem vorbestimmten Hochspannungs-Schwellenwert oder geringer aufgrund der Notwendigkeit des Unterdrückens der Verschlechterung der Brennstoffzelle 2 und der Verringerung deren Haltbarkeit ist.
  • 3 zeigt ein Beispiel einer IV-Kurve, die Strom-Spannungs-Eigenschaften (IV-Eigenschaften) anzeigt, und einer IP-Kurve, die Strom-Leistungs-Eigenschaften (IP-Eigenschaften) der Brennstoffzelle 2 anzeigt. In dieser Ausführungsform wird die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 so gesteuert, dass sie innerhalb eines Bereichs zwischen einem vorbestimmten Niederspannungs-Schwellenwert Vthl und einem vorbestimmten Hochspannungs-Schwellenwert Vth2 liegt, der beispielsweise basierend auf der Spezifikation der Brennstoffzelle 2 vorab eingestellt werden kann, und dadurch die, wie in 3 gezeigt, IV-Eigenschaften und IP-Eigenschaften.
  • Der Ausgangsstrom der Brennstoffzelle 2 wird so gesteuert, dass er innerhalb dem Bereich zwischen einem vorbestimmten Niederstrom-Spannungswert Ithl und einem vorbestimmten Hochstrom-Schwellenwert Ith2 liegt, der beispielsweise basierend auf der Spezifikation der Brennstoffzelle 2 voreingestellt werden kann und dadurch die IV-Eigenschaften und IP-Eigenschaften.
  • Die Ausgabeleistung der Brennstoffzelle 2 wird so gesteuert, dass sie innerhalb eines Bereichs zwischen: einem vorbestimmten Niederleistungs-Schwellenwert Pthl, der durch Multiplizieren des Niederspannungs-Schwellenwerts Vthl mit den Niederstrom-Schwellenwert Ithl erhalten werden kann; und einem vorbestimmten Hochleistungs-Schwellenwert Pth2 liegt, der durch Multiplizieren des Hochspannungs-Schwellenwerts Vth2 mit den Hochstrom-Schwellenwert Ith2 erhalten werden kann.
  • Der Niederspannungs-Schwellenwert Vthl, der Hochspannungs-Schwellenwert Vth2, der Niederstrom-Schwellenwert Ithl und der Hochstrom-Schwellenwert Ith2 werden jeweils bei dem Punkt eingestellt, bei dem beispielsweise der Ausgangsstrom oder die Ausgangsspannung rasch in den Betriebspunkten der IV-Kurve abfallen oder ansteigen, d.h. dem Punkt, bei dem die Veränderungsrate des Ausgangsstroms oder der Ausgangsspannung relativ groß ist, d.h. der Punkt bildet eine Tangente, deren Neigung relativ zur IV-Kurve gleich oder größer als ein vorbestimmter Winkel ist, der nahe der vertikalen Neigung ist.
  • In dieser Ausführungsform wird, wenn die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 gleich oder kleiner als der Niederspannungs-Schwellenwert Vthl wird, der Steuermodus von dem Leistungssteuermodus zu dem Spannungssteuermodus geschalten, selbst wenn der Leistungssteuermodus ausgewählt wurde. In einem solchen Fall wird die Sollspannung der Brennstoffzelle 2 auf den Niederspannungs-Schwellenwert Vthl oder einen durch Addieren eines vorbestimmten zusätzlichen Werts zu dem Niederspannungs-Schwellenwert Vthl erhaltenen Wert eingestellt und anschließend wird die Steuerung des Spannungssteuermodus ausgeführt.
  • Dementsprechend kann, da die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 direkt gesteuert wird, eine übermäßige Abnahme der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 unverzüglicher und zuverlässiger vermieden werden. Mit anderen Worten, der Zustand, bei dem die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 unter dem Niederspannungs-Schwellenwert Vthl liegt, kann rasch beseitigt werden.
  • Zudem wird, wenn der Ausgangsstrom der Brennstoffzelle 2 gleich oder höher als der Hochstrom-Schwellenwert Ith2 wird, oder wenn die Ausgabeleistung der Brennstoffzelle 2 gleich oder kleiner als der Niederleistungs-Schwellenwert Pth1 bei der Situation wird, bei der der Leistungssteuermodus ausgewählt wurde, der Steuermodus von dem Leistungssteuermodus zu dem Spannungssteuermodus geschalten. Kurzum, auch in diesen Situationen neigt aufgrund der Tatsache, dass eine gewisse Korrelation zwischen der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 und dem Ausgangsstrom und der Ausgabeleistung der Brennstoffzelle 2 besteht, die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 dazu, von dem vorstehend erwähnten vorbestimmten Bereich in Richtung der Niederspannungsseite abzuweichen.
  • Demgemäß kann durch direktes Steuern der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle in solchen Fällen eine übermäßige Abnahme der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 erneut unverzüglicher und zuverlässiger vermieden werden und der Zustand, bei dem die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 unter dem Niederspannungs-Schwellenwert Vthl liegt, kann rasch beseitigt werden.
  • Die vorstehende Beschreibung hat den Fall beschrieben, in dem eine übermäßige Abnahme der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 bei der Situation verhindert wird, bei der der Leistungserzeugungszustand der Brennstoffzelle 2 in dem Leistungssteuermodus gesteuert wird. Die nachstehende Beschreibung wird einen Fall beschreiben, in dem eine übermäßige Zunahme der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 bei einer Situation vermieden wird, bei der der Leistungserzeugungszustand der Brennstoffzelle 2 in dem Leistungssteuermodus gesteuert wird.
  • In dieser Ausführungsform wird, wenn die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 gleich oder höher als der Hochspannungs-Schwellenwert Vth2 wird, der Steuermodus von dem Leistungssteuermodus zu dem Spannungssteuermodus geschalten, selbst wenn der Leistungssteuermodus ausgewählt wurde. In einem solchen Fall wird die Sollspannung der Brennstoffzelle 2 auf den Hochspannungs-Schwellenwert Vth2 oder einen durch Subtrahieren eines vorbestimmten zusätzlichen Werts von dem Hochspannungs-Schwellenwert Vth2 erhaltenen Wert eingestellt, und anschließend wird die Steuerung des Spannungssteuermodus ausgeführt.
  • Dementsprechend kann, da die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 direkt gesteuert wird, eine übermäßige Zunahme der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 unverzüglicher und zuverlässiger vermieden werden. Mit anderen Worten, der Zustand, bei dem die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 über den Hochspannungs-Schwellenwert Vth2 liegt, kann rasch beseitigt werden.
  • Zudem wird auch der Steuermodus von dem Leistungssteuermodus zu dem Spannungssteuermodus geschalten, wenn der Ausgangsstrom der Brennstoffzelle 2 gleich oder niedriger als der Stromschwellenwert Ithl wird, oder wenn die Ausgabeleistung der Brennstoffzelle 2 gleich oder höher als der Hochleistungs-Schwellenwert Pth2 bei der Situation wird, bei der der Leistungssteuermodus ausgewählt wurde.
  • Kurzum, auch in diesen Situationen, wie aus der vorstehend erwähnten Korrelation offensichtlich ist, neigt die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 dazu, von dem vorstehend erwähnten vorbestimmten Bereich in Richtung der Seite der höheren Spannung abzuweichen. Dadurch kann durch direktes Steuern der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 eine übermäßige Zunahme der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 rascher und zuverlässiger vermieden werden und der Zustand, bei dem die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle über dem Hochspannungs-Schwellenwert Vth2 liegt, kann rasch beseitigt werden.
  • Als Nächstes wird ein Abwandlungsbeispiel des Auslastungsberechnungsteils 20 (2) in der vorstehenden Ausführungsform mit Bezug auf 4 beschrieben. Es soll beachtet werden, dass bei der nachstehenden Beschreibung die gleichen Komponenten wie jene des Auslastungsberechnungsteils 20 durch die gleichen Bezugszeichen wie jene in 2 bezeichnet werden, und auf deren Beschreibung wird verzichtet oder vereinfacht.
  • Wie in 4 gezeigt, werden bei dem Auslastungsberechnungsteil 30 gemäß diesem Abwandlungsbeispiel die erste Steuerung 21 bezogen auf die Steuerung der Brennstoffzelle 2 in dem Leistungssteuermodus und die zweite Steuerung 22 bezogen auf die Steuerung der Brennstoffzelle 2 in dem Spannungssteuermodus miteinander parallel verbunden. Der Schalter (Kontrollmodusschaltteil) 23 ist der ersten Steuerung 21 und der zweiten Steuerung 22 nachgeschaltet. Diese Konfigurationen sind die gleichen Konfigurationen des Auslastungsberechnungsteils 20.
  • In diesem Abwandlungsbeispiel wird ein schließlich zu dem ersten Aufwärtswandler 5 zuzuführender Auslastungsbefehlswert durch Addieren zu einem ersten Auslastungsbefehlswert oder einen zweiten Auslastungsbefehlswert, der durch den Schalter 23 ausgewählt wird, ein Rückkopplungsbefehlswert und ein Einspeisevorwärtsbefehlswert basierend auf einem derzeitigen Strombefehlswert I_ref und einem derzeitigen Stromwert I_mes berechnet.
  • Kurzum, eine in einer Einspeisevorwärtssteuerschaltung enthaltene dritte Steuerung 31 empfängt als Eingaben einen ersten Auslastungsbefehlswert oder einen zweiten Auslastungsbefehlswert, die durch den Schalter 23 ausgewählt werden, als Pluskomponente, und einen Strombefehlswert I_ref, der beispielsweise aus dem Steuerteil 11 ausgegeben wird, als eine Pluskomponente.
  • Eine in einer Rückkopplungssteuerungsschaltung enthaltene vierte Steuerung 32 empfängt als Eingaben den ersten Auslastungsbefehlswert oder den zweiten Auslastungsbefehlswert, die durch den Schalter 23 geschalten werden, als Pluskomponente, einen Strombefehlswert I_ref, der beispielsweise aus dem Steuerteil 11 ausgegeben wird, als eine Pluskomponente und einen derzeitigen Stromwert I_mes, der aus dem Ausgabewert des Stromsensors Si berechnet wird, als eine Minuskomponente.
  • Die Summe des Ausgabewerts aus der dritten Steuerung 31 und des Ausgabewerts aus der vierten Steuerung 32 bildet einen schließlich zu dem ersten Aufwärtswandler 5 zuzuführenden Auslastungsbefehlswert. Mit anderen Worten, gemäß diesem Abwandlungsbeispiel kann jeder von der Leistungsbefehlswert P_ref, der Spannungsbefehlswert V_ref und der Strombefehlswert I_ref eingegeben werden und es ist daher möglich, eine feinere Steuerung zu erreichen.
  • Obwohl bei der vorstehenden Ausführungsform eine Situation angenommen wurde, bei der die Ausgabesteuervorrichtung für die Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Brennstoffzellenfahrzeug installiert ist, kann die Ausgabesteuervorrichtung für die Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung auch auf verschiedene Arten von bewegbaren Körpern (z.B. Roboter, Boote, Schiffe und Flugzeuge) mit Ausnahme des Brennstoffzellenfahrzeugs angewandt werden. Ferner kann die Ausgabesteuervorrichtung für die Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung auch bei einem stationären Leistungserzeugungssystem angewandt werden, das eine Leistungserzeugungsausstattung für Einrichtungen verwendet (z.B. für Häuser und Gebäude).
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoffzellensystem
    2
    Brennstoffzelle
    5
    erster Aufwärtswandler
    6
    Antriebsmotor (Last)
    9
    Batterie
    10
    Hilfs- bzw. Nebenmaschine
    11
    Steuerteil
    20, 30
    Auslastungsberechnungsteil
    21
    erste Steuerung
    22
    zweite Steuerung
    23
    Schalter (Steuermodusschaltteil)
    31
    dritte Steuerung
    32
    vierte Steuerung

Claims (6)

  1. Ausgabesteuervorrichtung für eine Brennstoffzelle (2), die einen Steuermodus zwischen einem Leistungssteuermodus, in dem eine Ausgabeleistung einer mit einer Last (6) verbundenen Brennstoffzelle (2) so gesteuert wird, dass sie bei einer Sollleistung ist, und einem Spannungssteuermodus schalten kann, in dem eine Ausgabespannung der Brennstoffzelle (2) so gesteuert wird, dass sie bei einer Sollspannung ist, wobei eine Steuerung in den Spannungssteuermodus ausgeführt wird, wenn die Ausgabespannung der Brennstoffzelle (2) unter einen vorbestimmten Niederspannungs-Schwellenwert fällt.
  2. Ausgabesteuervorrichtung für eine Brennstoffzelle (2) nach Anspruch 1, wobei die Sollspannung der Brennstoffzelle (2) auf einen Niederspannungs-Schwellenwert oder einen durch Addieren eines vorbestimmten zusätzlichen Werts zu dem Niederspannungs-Schwellenwert erhaltenen Wert festgelegt wird und anschließend die Steuerung in dem Spannungssteuermodus ausgeführt wird.
  3. Ausgabesteuervorrichtung für eine Brennstoffzelle (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerung in dem Spannungssteuermodus ausgeführt wird, wenn die Ausgabespannung der Brennstoffzelle (2) über einen vorbestimmten Hochspannungs-Schwellenwert steigt.
  4. Ausgabesteuervorrichtung für eine Brennstoffzelle (2) nach Anspruch 3, wobei die Sollspannung der Brennstoffzelle (2) auf den Hochspannungs-Schwellenwert oder einen durch Subtrahieren eines vorbestimmten zusätzlichen Werts von dem Hochspannungs-Schwellenwert erhaltenen Wert festgelegt wird und anschließend die Steuerung in dem Spannungssteuermodus ausgeführt wird.
  5. Ausgabesteuervorrichtung für eine Brennstoffzelle (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ein Auslastungsberechnungsteil (20, 30) aufweist, das einen Auslastungsbefehlswert berechnet, der zu einem Aufwärtswandler (5) zuzuführen ist, welcher die Ausgabespannung der Brennstoffzelle (2) erhöht und die erhöhte Spannung zu der Last (6) ausgibt, wobei das Auslastungsberechnungsteil (20, 30) einen ersten Auslastungsbefehlswert ausgibt, der unter Verwendung der Ausgabeleistung und der Sollleistung der Brennstoffzelle (2) berechnet wird, während die Steuerung in dem Leistungssteuermodus ausgeführt wird, und einen zweiten Auslastungsbefehlswert ausgibt, der unter Verwendung der Ausgangsspannung und der Sollspannung der Brennstoffzelle (2) berechnet wird, während die Steuerung in dem Spannungssteuermodus ausgeführt wird.
  6. Ausgabesteuervorrichtung für eine Brennstoffzelle (2) nach Anspruch 5, wobei das Auslastungsberechnungsteil (20, 30) ein Steuermodusschaltteil (23) aufweist, das als den zu dem Aufwärtswandler (5) zuzuführenden Auslastungsbefehlswert den ersten Auslastungswert auswählt, wenn die Steuerung in dem Leistungssteuermodus ausgeführt wird, und den zweiten Auslastungsbefehlswert auswählt, wenn die Steuerung in dem Spannungssteuermodus ausgeführt wird.
DE112011105797.0T 2011-11-01 2011-11-01 Ausgabesteuervorrichtung für eine Brennstoffzelle Active DE112011105797B4 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2011/075208 WO2013065132A1 (ja) 2011-11-01 2011-11-01 燃料電池の出力制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112011105797T5 DE112011105797T5 (de) 2014-07-10
DE112011105797B4 true DE112011105797B4 (de) 2022-07-14

Family

ID=48191526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112011105797.0T Active DE112011105797B4 (de) 2011-11-01 2011-11-01 Ausgabesteuervorrichtung für eine Brennstoffzelle

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9985305B2 (de)
JP (1) JP5786952B2 (de)
CN (1) CN103907232B (de)
DE (1) DE112011105797B4 (de)
WO (1) WO2013065132A1 (de)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016021295A (ja) * 2014-07-14 2016-02-04 本田技研工業株式会社 電源システム及び車両
JP6225957B2 (ja) * 2015-07-23 2017-11-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP6565436B2 (ja) * 2015-07-30 2019-08-28 株式会社Ｓｏｋｅｎ 燃料電池システム
JP6310511B2 (ja) * 2016-07-19 2018-04-11 本田技研工業株式会社 燃料電池車両の運転方法
JP6642463B2 (ja) * 2017-01-19 2020-02-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US10483886B2 (en) * 2017-09-14 2019-11-19 Hamilton Sundstrand Corportion Modular electric power generating system with multistage axial flux generator
CN113511111B (zh) * 2021-09-01 2024-04-16 潍柴动力股份有限公司 燃料电池系统控制方法、装置、设备及可读存储介质
CN117996126B (zh) * 2024-04-07 2024-07-05 上海氢晨新能源科技有限公司 燃料电池工作参数控制方法、电子设备和用电设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112006001469T5 (de) 2005-06-21 2008-04-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota Brennstoffzellenvorrichtung, Fahrzeug, welches die Brennstoffzellenvorrichtung aufweist, und Leistungsverwaltungsverfahren für ein System, das mit einer Brennstoffzelleneinheit ausgestattet ist
JP2010045889A (ja) 2008-08-11 2010-02-25 Honda Motor Co Ltd 電力システム及び燃料電池車両
JP2010124615A (ja) 2008-11-20 2010-06-03 Toyota Motor Corp コンバータ制御装置
DE112008003416T5 (de) 2007-12-19 2010-10-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi Brennstoffbatterie-System
DE112008003145T5 (de) 2007-11-21 2010-10-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi Brennstoffzellensystem

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60219920A (ja) * 1984-04-17 1985-11-02 株式会社東芝 燃料電池発電システムの制御装置
JP2005123110A (ja) * 2003-10-20 2005-05-12 Fujitsu Ltd 燃料電池給電システムおよびその出力制御方法
JP2007265840A (ja) * 2006-03-29 2007-10-11 Toshiba Corp 燃料電池システム
JP4978082B2 (ja) * 2006-03-31 2012-07-18 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよびそれを備えた車両
JP5067707B2 (ja) * 2007-05-31 2012-11-07 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4656539B2 (ja) * 2007-11-21 2011-03-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4459266B2 (ja) * 2007-11-30 2010-04-28 株式会社東芝 燃料電池装置、および燃料電池装置の制御方法
JP2009152131A (ja) * 2007-12-21 2009-07-09 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP4424419B2 (ja) * 2007-12-27 2010-03-03 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4506889B2 (ja) * 2008-10-23 2010-07-21 トヨタ自動車株式会社 交流電動機の制御装置および制御方法
WO2010053027A1 (ja) * 2008-11-04 2010-05-14 日産自動車株式会社 燃料電池の発電制御装置及び発電制御方法
WO2012063300A1 (ja) * 2010-11-08 2012-05-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の出力制御装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112006001469T5 (de) 2005-06-21 2008-04-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota Brennstoffzellenvorrichtung, Fahrzeug, welches die Brennstoffzellenvorrichtung aufweist, und Leistungsverwaltungsverfahren für ein System, das mit einer Brennstoffzelleneinheit ausgestattet ist
DE112008003145T5 (de) 2007-11-21 2010-10-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi Brennstoffzellensystem
DE112008003416T5 (de) 2007-12-19 2010-10-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi Brennstoffbatterie-System
JP2010045889A (ja) 2008-08-11 2010-02-25 Honda Motor Co Ltd 電力システム及び燃料電池車両
JP2010124615A (ja) 2008-11-20 2010-06-03 Toyota Motor Corp コンバータ制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
US9985305B2 (en) 2018-05-29
JPWO2013065132A1 (ja) 2015-04-02
US20140248548A1 (en) 2014-09-04
DE112011105797T5 (de) 2014-07-10
WO2013065132A1 (ja) 2013-05-10
JP5786952B2 (ja) 2015-09-30
CN103907232A (zh) 2014-07-02
CN103907232B (zh) 2016-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112011105797B4 (de) Ausgabesteuervorrichtung für eine Brennstoffzelle
DE112008000334B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112008001357B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112006002715B4 (de) Brennstoffzellensystem mit einer Vorrichtung zum Abschätzen der erzeugten Wasserstoffgasmenge und Verfahren zum Abschätzen der erzeugten Wasserstoffgasmenge
DE112008003145B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112008001661B4 (de) Stromsteuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem
DE69930194T2 (de) Brennstoffzellenanlage
DE112010001466B4 (de) Verfahren zum steuern des brennstoffzellensystems und brennstoffzellensystem
DE112010005145B4 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren dafür
DE112008003416B4 (de) Brennstoffbatterie-System
DE112012005964B4 (de) Brennstoffzellensystem mit Katalysatoraktivierungsfunktion
DE112010001900B4 (de) Brennstoffzellensystem, Steuerungsverfahren für ein Brennstoffzellensystem, und mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattetes Fahrzeug
EP3207585B1 (de) Verfahren zum betrieb eines stromnetzes, insbesondere eines stromnetzes eines wasserfahrzeugs
DE112009002696B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE102017109410B4 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren hierfür
DE112012005965T5 (de) Brennstoffzellensystem
DE112008002397B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112010002074T5 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems
DE102012207632A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102011014969B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems in einem Standby-Modus
DE102011013403B4 (de) Brennstoffzellensystem mit einer Spannungssteuerung eines Hochspannungsbus in Brennstoffzellenfahrzeugen mit Hochspannungsleistungsquelle
DE112008001827T5 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zu seiner Steuerung
DE112012006025B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112010001456B4 (de) Brennstoffzellensystem und Fahrzeug, das mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist
DE102011108137B4 (de) Verfahren zur Hochspannungsbus-Steuerung in Brennstoffzellenfahrzeugen

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008040000

Ipc: H01M0008045370

R016 Response to examination communication
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008045370

Ipc: H01M0008048580

R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R084 Declaration of willingness to licence