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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem für ein Elektrofahrzeug und ein Steuerverfahren von einem Elektrofahrzeug.
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Hintergrundtechnik
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In der Technik ist ein Steuersystem für ein Elektrofahrzeug bekannt, das versehen ist mit einem Brennstoffzellenstapel, der elektrische Energie durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Brenngas und Oxidationsgas erzeugt und erzeugte elektrische Energie an einen Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs zuführt, einem ersten elektrischen Widerstand zur Entladung, der über einen elektrisch gesteuerten Entladungsschalter elektrisch mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden ist, einer Entladungssteuerschaltung, die einen EIN/AUS-Zustand des Entladungsschalters steuert, und einer Kollisionserkennungseinrichtung, die eine Fahrzeugkollision erkennt und ein Kollisionssignal an die Entladungssteuerschaltung ausgibt, wobei die Entladungssteuerschaltung den Entladungsschalter einschaltet, um den Brennstoffzellenstapel elektrisch mit dem ersten elektrischen Widerstand zur Entladung zu verbinden, wenn ein Kollisionssignal an die Entladungssteuerschaltung eingegeben wird, um dadurch den Brennstoffzellenstapel zu entladen (siehe PTL 1). Wenn der Brennstoffzellenstapel zur Zeit einer Fahrzeugkollision auf einer hohen Spannung bleibt, kann ein Bediener einen Elektroschock bzw. Stromstoß erhalten. Daher wird gemäß PTL 1 bewirkt, dass der Brennstoffzellenstapel zur Zeit einer Fahrzeugkollision entladen wird, um dadurch zu bewirken, dass die Spannung des Brennstoffzellenstapels sinkt.
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Literaturliste
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Patentliteratur
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- PTL 1: japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-027275 A
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Kurfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Während PTL 1 keine spezifische Beschreibung dahingehend beinhaltet, arbeitet eine Entladungssteuerschaltung üblicherweise, indem sie eine Antriebs- bzw. Betriebsspannung von einer Energieversorgung empfängt. Mit anderen Worten kann der Entladungsschalter nicht eingeschaltet werden, wenn die Spannung der Energieversorgung niedriger ist als die Antriebs- bzw. Betriebsspannung. Folglich kann nicht bewirkt werden, dass der Brennstoffzellenstapel entladen wird. In dieser Hinsicht wird die Spannung der Energieversorgung allmählich sinken, wenn der Entladungsschalter fortwährend offen bleibt. Aus diesem Grund wird der Brennstoffzellenstapel nicht weiter entladen, wenn die Spannung der Energieversorgung während einer Entladung des Brennstoffzellenstapels niedriger wird als die Antriebs- bzw. Betriebsspannung. Das gleiche gilt, wenn die Spannung der Energieversorgung von Beginn der Fahrzeugkollision an niedriger ist als die Antriebs- bzw. Betriebsspannung. Weiterhin, zum Beispiel, wenn die elektrische Verbindung zwischen der Entladungssteuerschaltung und der Energieversorgung oder die elektrische Verbindung zwischen der Entladungssteuerschaltung und dem Entladungsschalter aufgrund einer Fahrzeugkollision unterbrochen wird, kann der Entladungsschalter nicht eingeschaltet werden und kann daher nicht bewirkt werden, dass der Brennstoffzellenstapel entladen wird. Außerdem, wenn die elektrische Verbindung zwischen der Kollisionserkennungseinrichtung und der Entladungssteuerschaltung unterbrochen wird, wird kein Kollisionssignal an die Entladungssteuerschaltung eingegeben, selbst wenn eine Fahrzeugkollision auftritt, und wird daher der Brennstoffzellenstapel nicht entladen.
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Problemlösung
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Steuersystem für ein Elektrofahrzeug bereitgestellt, mit: einem Brennstoffzellenstapel, der konfiguriert ist zum Erzeugen von elektrischer Energie durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Brenngas und Oxidationsgas und zum Zuführen der erzeugten elektrischen Energie an einen Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs; einem ersten elektrischen Widerstand zur Entladung, der über einen elektrisch gesteuerten Entladungsschalter elektrisch mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden ist; einer Entladungssteuerschaltung, die konfiguriert ist zum Steuern eines EIN/AUS-Zustands des Entladungsschalters; und einer Kollisionserkennungseinrichtung, die konfiguriert ist zum Erkennen einer Fahrzeugkollision und zum Ausgeben eines Kollisionssignals an die Entladungssteuerschaltung, wobei, wenn ein Kollisionssignal an die Entladungssteuerschaltung eingegeben wird, die Entladungsteuerschaltung den Entladungsschalter einschaltet, um den Brennstoffzellenstapel elektrisch mit dem ersten elektrischen Widerstand zur Entladung zu verbinden, um dadurch den Brennstoffzellenstapel zu entladen, und wobei eine Energieversorgung der Entladungssteuerschaltung aus dem Brennstoffzellenstapel besteht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Steuersystem für eine Elektrofahrzeug bereitgestellt, mit: einem Brennstoffzellenstapel, der konfiguriert ist zum Erzeugen von elektrischer Energie durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Brenngas und Oxidationsgas und zum Zuführen der erzeugten elektrischen Energie an einen Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs; einem ersten elektrischen Widerstand zur Entladung, der über einen elektrisch gesteuerten Entladungsschalter elektrisch mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden ist; einer Entladungssteuerschaltung, die konfiguriert ist zum Steuern eines EIN/AUS-Zustands des Entladungsschalters; und einer Kollisionserkennungseinrichtung, die konfiguriert ist zum Erkennen einer Fahrzeugkollision und zum Ausgeben eines Kollisionssignals an die Entladungssteuerschaltung, wobei, wenn der Entladungsschalter eingeschaltet ist, der Brennstoffzellenstapel elektrisch mit dem ersten elektrischen Widerstand zur Entladung verbunden ist, um dadurch den Brennstoffzellenstapel zu entladen, und wobei das Steuersystem konfiguriert ist zum Beurteilen, ob eine Kommunikation zwischen der Entladungssteuerschaltung und der Kollisionserkennungseinrichtung möglich ist, zum Einschalten des Entladungsschalters daraufhin, dass ein Kollisionssignal eingegeben wird, wenn die Kommunikation als möglich beurteilt wird, und zum Einschalten des Entladungsschalters, selbst wenn kein Kollisionssignal eingegeben wird, wenn die Kommunikation als unmöglich beurteilt wird.
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Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Steuerverfahren von einem Elektrofahrzeug bereitgestellt, wobei das Fahrzeug aufweist: einen Brennstoffzellenstapel, der konfiguriert ist zum Erzeugen von elektrischer Energie durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Brenngas und Oxidationsgas und zum Zuführen der erzeugten elektrischen Energie an einen Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs; einen ersten elektrischen Widerstand zur Entladung, der über einen elektrisch gesteuerten Entladungsschalter elektrisch mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden ist; eine Entladungssteuerschaltung, die konfiguriert ist zum Steuern eines EIN/AUS-Zustands des Entladungsschalters; und eine Kollisionserkennungseinrichtung, die konfiguriert ist zum Erkennen einer Fahrzeugkollision und zum Ausgeben eines Kollisionssignals an die Entladungssteuerschaltung, wobei, wenn der Entladungsschalter eingeschaltet wird, der Brennstoffzellenstapel elektrisch mit dem ersten elektrischen Widerstand zur Entladung verbunden wird, um dadurch den Brennstoffzellenstapel zu entladen, und wobei das Steuerverfahren die Schritte aufweist: Beurteilen, ob eine Kommunikation zwischen der Entladungssteuerschaltung und einer anderen Steuerschaltung möglich ist; und Einschalten des Entladungsschalters daraufhin, dass ein Kollisionssignal eingegeben wird, wenn die Kommunikation als möglich beurteilt wird, und Einschalten des Entladungsschalters, selbst wenn kein Kollisionssignal eingegeben wird, wenn die Kommunikation als unmöglich beurteilt wird.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Es ist möglich, zuverlässig zu bewirken, dass der Brennstoffzellenstapel zur Zeit einer Fahrzeugkollision entladen wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Gesamtdarstellung eines Brennstoffzellensystems eines Elektrofahrzeugs.
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2 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung einer Kollisionserkennungsroutine.
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3 ist eine Gesamtdarstellung einer Entladungsvorrichtung.
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4 ist ein Zeitdiagramm, das einen Entladungsvorgang darlegt.
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5 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung einer Steuerroutine bei Kollision.
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6 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung einer Entladungsteuerroutine.
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7 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung einer Entladungssteuerroutine von einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Bezug nehmend auf 1 ist ein in einem Elektrofahrzeug installiertes Brennstoffzellensystem 1 mit einem Brennstoffzellenstapel 10 versehen. Der Brennstoffzellenstapel 10 ist mit einer Vielzahl von Einheitsbrennstoffzellen versehen, die in einer Stapelrichtung übereinander gestapelt sind. Jede Einheitsbrennstoffzelle umfasst eine Membranelektrodenbaugruppe bzw. -halterung 20. Die Membranelektrodenbaugruppe bzw. -halterung 20 ist mit einem als Membran geformten Elektrolyt, einer auf einer Seite des Elektrolyts ausgebildeten Anode und einer auf der anderen Seite der Elektrolyts ausgebildeten Kathode versehen. Weiterhin sind in jeder Einheitsbrennstoffzelle jeweils ein Brenngas-Strömungsweg zum Zuführen eines Brenngases an die Anode, ein Oxidationsgas-Strömungsweg zum Zuführen eines Oxidationsgases an die Kathode und ein Kühlwasser-Strömungsweg zum Zuführen von Kühlwasser an die Einheitsbrennstoffzelle ausgebildet. Durch Hintereinanderschaltung der Brenngas-Durchläufe, der Oxidationsgas-Durchläufe und der Kühlwasser-Durchläufe von der Vielzahl von Einheitsbrennstoffzellen sind in dem Brennstoffzellenstapel 10 eine Brenngasdurchführung 30, eine Oxidationsgasdurchführung 40 und eine Kühlwasserdurchführung 50 ausgebildet. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind in dem Brennstoffzellenstapel 10 ein Volumen der Brenngasdurchführung 30 und ein Volumen der Oxidationsgasdurchführung 40 im Wesentlichen gleich zueinander. Es ist zu beachten, dass das Elektrofahrzeug mit einem (nicht gezeigten) Fahrgastraum und einem (nicht gezeigten) Stau- bzw. Kofferraum, der in einer Fahrzeuglängsrichtung außerhalb des Fahrgastraums ausgebildet ist, ausgebildet ist. Ein Teil oder alle der Elemente des Brennstoffzellensystems 1 sind in dem Stau- bzw. Kofferraum untergebracht.
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Ein Brenngas-Zuführungsweg 31 ist mit einem Einlass bzw. einer Eintrittsöffnung der Brenngasdurchführung 30 und einer Brenngasversorgung 32 verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Brenngas durch Wasserstoff gebildet, und wird die Brenngasversorgung 32 durch einen Wasserstofftank gebildet. Ein elektromagnetisches Brenngassteuerventil 33 zur Steuerung einer durch den Brenngas-Zuführungsweg 31 strömenden Brenngasmenge ist in dem Brenngas-Zuführungsweg 31 angeordnet. Andererseits ist ein Anodenabgaskanal 34 mit einem Auslass bzw. einer Austrittsöffnung der Brenngasdurchführung 30 verbunden. Wenn das Brenngassteuerventil 33 geöffnet ist, wird das Brenngas in der Brenngasversorgung 32 über den Brenngas-Zuführungsweg 31 in die Brenngasdurchführung 30 in dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt. Zu dieser Zeit strömt ein aus der Brenngasdurchführung 30 herausströmendes Gas, nämlich ein Anodenabgas, in den Anodenabgaskanal 34. Weiterhin sind elektromagnetische Brenngassperrventile 35a, 35b in dem Brenngas-Zuführungsweg 31 benachbart zu dem Einlass bzw. der Eintrittsöffnung der Brenngasdurchführung 30 und in dem Anodenabgaskanal 34 benachbart zu dem Auslass bzw. einer Austrittsöffnung der Brenngasdurchführung 30 angeordnet. Die Brenngassperrventile 35a, 35b sind im Normalzustand geöffnet.
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Weiterhin ist ein Oxidationsgas-Zuführungsweg 41 mit einem Einlass bzw. einer Eintrittsöffnung der Oxidationsgasdurchführung 40 und einer Oxidationsgasquelle 42 verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Oxidationsgas durch Luft gebildet und wird die Oxidationsgasquelle 42 durch die Luftatmosphäre bzw. Außenluft gebildet. Ein Oxidationsgaszuführeinrichtung oder -kompressor 43, der Oxidationsgas pumpt, ist in dem Oxidationsgas-Zuführungsweg 41 angeordnet. Andererseits ist ein Kathodenabgaskanal 44 mit einem Auslass bzw. einer Austrittsöffnung der Oxidationsgasdurchführung 40 verbunden. Wenn der Kompressor 43 angetrieben wird, wird Oxidationsgas in der Oxidationsgasquelle 42 durch den Oxidationsgas-Zuführungsweg 41 in die Oxidationsgasdurchführung 40 in dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt. Ein zu dieser Zeit aus der Oxidationsgasdurchführung 40 herausströmendes Gas, nämlich ein Kathodenabgas, strömt in den Kathodenabgaskanal 44. Ein elektromagnetisches Kathodenabgassteuerventil 45, das eine durch den Kathodenabgaskanal 44 strömende Kathodenabgasmenge steuert, ist in dem Kathodenabgaskanal 44 angeordnet. Weiterhin sind die Oxidationsgasdurchführung 40 stromabwärts des Kompressors 43 und der Kathodeabgaskanal 44 stromabwärts des Kathodenabgassteuerventils 45 durch einen Stapelumgehungskanal 46 miteinander verbunden. Ein elektromagnetisches Stapelumgehungssteuerventil 47, das eine durch den Stapelumgehungskanal 46 strömende Oxidationsgasmenge steuert, ist in dem Stapelumgehungskanal 46 angeordnet. Wenn das Stapelumgehungssteuerventil 47 geöffnet ist, strömt ein Teil von dem oder das ganze Oxidationsgas, das von dem Kompressor 43 abgegeben wird, durch den Stapelumgehungskanal 46, das heißt, dass es den Brennstoffzellenstapel 10 umgeht, und strömt es in den Kathodenabgaskanal 44. Es ist zu beachten, dass bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, selbst wenn der Öffnungsgrad des Kathodenabgassteuerventils 45 ein minimaler Öffnungsgrad ist, eine geringe Menge an Oxidationsgas oder Luft durch das Kathodenabgassteuerventil 45 passieren kann. Weiterhin, wenn der Kompressor 43 gestoppt ist, kann eine geringe Menge an Oxidationsgas oder Luft durch den Kompressor 43 passieren.
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Bezug nehmend auf 1 ist außerdem ein Ende des Kühlwasser-Zuführungswegs 51 mit einem Einlass bzw. einer Eintrittsöffnung der Kühlwasserdurchführung 50 verbunden, während das andere Ende des Kühlwasser-Zuführungswegs 51 mit einem Auslass bzw. einer Austrittsöffnung des Kühlwasser-Zuführungswegs 51 verbunden ist. Eine Kühlwasserpumpe 52, die Kühlwasser pumpt, und ein Radiator bzw. Kühler 53 sind in dem Kühlwasser-Zuführungswegs 51 angeordnet. Wenn die Kühlwasserpumpe 52 angetrieben wird, fließt das von der Kühlwasserpumpe 52 abgegebene Kühlwasser durch den Kühlwasser-Zuführungsweg 51 in die Kühlwasserdurchführung 50 in den Brennstoffzellenstapel 10, passiert es als nächstes die Kühlwasserdurchführung 50, und fließt es in den Kühlwasser-Zuführungsweg 51, dann kehrt es zu der Kühlwasserpumpe 52 zurück.
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Weiterhin sind die Anoden und die Kathoden der Einheitsbrennstoffzellen elektrisch in Reihe geschaltet, und bilden diese Elektroden des Brennstoffzellenstapels 10. Die zwei Elektroden des Brennstoffzellenstapels 10 sind elektrisch mit einem Erhöhungswandler 60 zum Erhöhen einer Spannung von dem Brennstoffstapel 10 verbunden. Der Erhöhungswandler 60 ist elektrisch mit einem Wechselrichter 61 zum Wandeln von Gleichstrom von dem Erhöhungswandler 60 in Wechselstrom verbunden, und der Wechselrichter 61 ist elektrisch mit einem Motorgenerator 62 verbunden. Weiterhin ist ein Voltmeter bzw. Spannungsmesser 63 elektrisch mit den zwei Elektroden des Brennstoffzellenstapels 10 verbunden. Außerdem ist eine Entladungsvorrichtung 80 elektrisch mit den zwei Elektroden des Brennstoffzellenstapels 10 verbunden.
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Bezug nehmend auf 1 ist das Brennstoffzellensystem 1 weiterhin mit einer Systemsteuerschaltung 70 versehen. Die Systemsteuerschaltung 70 besteht aus einem Digitalcomputer, der mit Komponenten versehen ist, die durch einen bidirektionalen Bus 71 miteinander verbunden sind, wie etwa einem ROM (Festwertspeicher) 72, einem RAM (Direktzugriffsspeicher) 73, einer CPU (Mikroprozessor) 74, einem Eingangsport 75 und einem Ausgangsport 76. Ein Beschleunigungssensor 64, der die Beschleunigung des Fahrzeugs detektiert, ist an dem Elektrofahrzeug angebracht. Eine Ausgangsspannung des vorgenannten Voltmeters bzw. Spannungsmessers 63 und eine Ausgangsspannung des Beschleunigungssensors 64 werden über entsprechende A/D-Wandler 77 an den Eingangsport 75 eingegeben. Andererseits ist der Ausgangsport 76 über entsprechende Ansteuerschaltungen 78 elektrisch mit dem Brenngassteuerventil 33, den Brenngassperrventilen 35a, 35b, dem Kompressor 43, dem Kathodenabgassteuerventil 45, dem Stapelumgehungssteuerventil 47, der Kühlwasserpumpe 52, dem Erhöhungswandler 60, dem Wechselrichter 61 und dem Motorgenerator 62 verbunden. Weiterhin besteht eine Energieversorgung der Systemsteuerschaltung 70 aus einer weiteren Energieversorgung 79, die sich von dem Brennstoffzellenstapel 10 unterscheidet.
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Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Auftreten oder Ausbleiben einer Fahrzeugkollision auf die folgende Art und Weise erkannt. Nämlich, wenn eine Beschleunigung des Fahrzeugs, die durch den Beschleunigungssensor 64 detektiert wird, höher ist als ein zulässiger oberer Grenzwert, wird beurteilt, dass eine Fahrzeugkollision aufgetreten ist, während, wenn die Fahrzeugbeschleunigung niedriger ist ein zulässiger oberer Grenzwert, beurteilt wird, dass eine Fahrzeugkollision nicht aufgetreten ist. Wenn eine Fahrzeugkollision erkannt wird, wird ein Kollisionssignal an die Entladungsvorrichtung 80 ausgegeben. Wenn das Kollisionssignal einmal ausgegeben wird, wird eine Ausgabe des Kollisionssignals fortgesetzt. Andererseits, wenn keine Fahrzeugkollision erkannt wird, wird das Kollisionssignal nicht ausgegeben. Somit stellen der Beschleunigungssensor 64 und die Systemsteuerschaltung 70 eine Kollisionserkennungseinrichtung dar, die zum Erkennen einer Fahrzeugkollision und zum Ausgeben eines Kollisionssignals konfiguriert ist.
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2 zeigt eine Routine zur Durchführung der vorgenannten Erkennung einer Fahrzeugkollision. Diese Routine wird in der Systemsteuerschaltung 70 durch Unterbrechung in jedem vorbestimmten Einstellzeitintervall durchgeführt.
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Bezug nehmend auf 2 wird in Schritt 100 beurteilt, ob aktuell ein Kollisionssignal eingegeben wird. Wenn kein Kollisionssignal eingegeben wird, schreitet die Routine als nächstes zu Schritt 101 voran, in dem beurteilt wird, ob eine Beschleunigung ACC des Fahrzeugs niedriger ist als der zulässige obere Grenzwert LMT. Falls ACC ≤ LMT gilt, schreitet die Routine als nächstes zu Schritt 102 voran, in dem die Ausgabe des Kollisionssignals gestoppt wird. Falls ACC > LMT gilt, schreitet die Routine von Schritt 101 zu Schritt 103 voran, in dem das Kollisionssignal ausgegeben wird. Wenn das Kollisionssignal ausgegeben wird, schreitet die Routine von Schritt 100 zu Schritt 103 voran, in dem die Ausgabe des Kollisionssignals fortgesetzt wird.
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3 zeigt ein Beispiel der Entladungsvorrichtung 80. Bezug nehmend auf 3 ist die Entladungsvorrichtung 80 mit einem ersten elektrischen Widerstand zur Entladung 81 und einem elektrisch gesteuerten Entladungsschalter bzw. einem Entladungsschalter elektrisch gesteuerter Bauart 82 versehen. In dem Beispiel, das in 3 gezeigt ist, besteht der Entladungsschalter 82 aus einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT). Ein Ende des ersten elektrischen Widerstands zur Entladung 81 ist zum Beispiel mit der Anode des Brennstoffzellenstapels 10 elektrisch verbunden, während das andere Ende des ersten elektrischen Widerstands zur Entladung 81 mit einem Kollektor des Entladungsschalters 82 elektrisch verbunden ist. Weiterhin ist ein Emitter des Entladungsschalters 82 zum Beispiel mit der Kathode des Brennstoffzellenstapels 10 elektrisch verbunden. Das heißt, dass der erste elektrische Widerstand zur Entladung 81 über den Entladungsschalter 82 mit dem Brennstoffzellenstapel 10 elektrisch verbunden ist.
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Weiterhin ist die Entladungsvorrichtung 80 mit einer Entladungssteuerschaltung 90 versehen. Die Entladungssteuerschaltung 90 besteht aus einem Digitalcomputer, der mit Komponenten versehen ist, die durch einen bidirektionalen Bus 91 miteinander verbunden sind, wie etwa einem ROM (Festwertspeicher) 92, einem RAM (Direktzugriffsspeicher) 93, einer CPU (Mikroprozessor) 94, einem Eingangsport 55 und einem Ausgangsport 96. Ein Gate des Entladungsschalters 82 ist über eine Ansteuerschaltung 98 mit dem Ausgangsport 96 elektrisch verbunden. Weiterhin ist der Eingangsport 95 der Entladungssteuerschaltung 90 mit dem Ausgangsport 76 der Systemsteuerschaltung 70 elektrisch verbunden, während der Ausgangsport 96 der Entladungssteuerschaltung 90 mit dem Eingangsport 75 der Systemsteuerschaltung 70 elektrisch verbunden ist. Das heißt, dass die Systemsteuerschaltung 70 und die Entladungssteuerschaltung 90 miteinander kommunizieren können.
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In dem Beispiel, das in 3 gezeigt ist, besteht eine Energieversorgung der Entladungssteuerschaltung 90 aus dem Brennstoffzellenstapel 10. Das heißt, dass die Entladungssteuerschaltung 90 fortwährend bzw. dauerhaft über einen elektrischen Widerstand 99 zum Beispiel mit der Anode des Brennstoffzellenstapels 10 elektrisch verbunden ist. In diesem Fall wird die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 durch den elektrischen Widerstand 99 auf eine Antriebs- bzw. Betriebsspannung der Entladungssteuerschaltung 90 abgesenkt und an die Entladungssteuerschaltung 90 zugeführt. Die Antriebs- bzw. Betriebsspannung der Entladungssteuerschaltung 90 beträgt zum Beispiel 24 V.
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Das vorgenannte Kollisionssignal, das von der Systemsteuerschaltung 70 ausgegeben wird, wird an die Entladungssteuerschaltung 90 der Entladungsvorrichtung 80 eingegeben. Wenn ein Kollisionssignal an die Entladungssteuerschaltung 90 eingegeben wird, legt diese eine Spannung an das Gate des Entladungsschalters 82 an, um den Entladungsschalter 82 einzuschalten. Weiterhin ist die Entladungssteuerschaltung 90 konfiguriert, den Entladungsschalter 82 einzuschalten, wenn ein Kollisionssignal zur Zeit eines Starts bzw. einer Inbetriebnahme/Aktivierung eingegeben wird.
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Wenn der Brennstoffzellenstapel 10 Energie erzeugen soll, wird also das Brenngassteuerventil 33 geöffnet und Brenngas an den Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt. Weiterhin wird der Kompressor 43 angetrieben und Oxidationsgas von dem Kompressor 43 an den Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt. Als Folge hiervon tritt eine elektrochemische Reaktion zwischen dem Brenngas und dem Oxidationsgas in den Einheitsbrennstoffzellen auf und wird elektrische Energie erzeugt. Die auf diese Weise erzeugte elektrische Energie wird an den Motorgenerator 62 zugeführt. Als Folge hiervon wird der Motorgenerator 62 als Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs betrieben und wird das Fahrzeug angetrieben.
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Wenn eine Fahrzeugkollision erkannt wird, das heißt, wenn ein Kollisionssignal ausgegeben wird, führt die Systemsteuerschaltung 70 eine ”Steuerung bei Kollision” des Brennstoffzellensystems 1 durch. Das heißt, dass der Motorgenerator 62 gestoppt wird. Weiterhin werden die Brenngassperrventile 35a, 35b geschlossen. Als Folge hiervon wird die Zuführung von Brenngas an den Brennstoffzellenstapel 10 gestoppt und wird ein Herausströmen des Brenngases aus dem Brennstoffzellenstapel 10 blockiert. Außerdem wird der Kompressor 43 gestoppt, wird der Öffnungsgrad des Kathodenabgassteuerventils 45 auf den minimalen Öffnungsgrad gestellt, und wird das Stapelumgehungssteuerventil 47 geöffnet. Als Folge hiervon wird die Zuführung wird die Zuführung von Oxidationsgas an den Brennstoffzellenstapel 10 gestoppt und wird das Herausströmen von Oxidationsgas aus dem Brennstoffzellenstapel 10 unterbunden. Außerdem wird die Kühlwasserpumpe 52 gestoppt. Als Folge hiervon wird die Zuführung von Brenngas und Oxidationsgas an den Brennstoffzellenstapel 10 gestoppt.
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Selbst wenn die Zuführung von Brenngas und Oxidationsgas an den Brennstoffzellenstapel 10 gestoppt ist, setzen in dem Brennstoffzellenstapel 10 verbleibendes Brenngas und Oxidationsgas den Energieerzeugungsvorgang fort. Aus diesem Grund bleibt der Brennstoffzellenstapel 10 auf einer hohen Spannung.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung bewirkt daher die Entladungsvorrichtung 80, dass der Brennstoffzellenstapel 10 entladen wird, und senkt sie dadurch die Spannung des Brennstoffzellenstapels 10 ab, wenn das Kollisionssignal ausgegeben wird.
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Das heißt, wenn ein Kollisionssignal zur Zeit t1 in 4 ausgegeben wird, wird der Entladungsschalter 82 eingeschaltet. Als Folge hiervon wird der erste elektrische Widerstand zur Entladung 81 mit dem Brennstoffzellenstapel 10 elektrisch verbunden. Daher wird die durch den Brennstoffzellenstapel 10 erzeugte elektrische Energie durch den ersten elektrischen Widerstand zur Entladung 81 verbraucht und wird der Brennstoffzellenstapel 10 entladen.
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Wenn der Brennstoffzellenstapel 10 entladen wird, verringern sich allmählich eine Brenngasmenge und eine Oxidationsgasmenge, die in dem Brennstoffzellenstapel 10 verbleiben, und sinkt die Ausgangsspannung VS des Brennstoffzellenstapels 10 allmählich. Als Nächstes wird zur Zeit t2 die Ausgangsspannung VS des Brennstoffzellenstapels 10 niedriger als die Antriebs- bzw. Betriebsspannung VDD der Entladungssteuerschaltung 90. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Energieversorgung der Entladungssteuerschaltung 90 aus dem Brennstoffzellenstapel 10, weshalb die Entladungssteuerschaltung 90 nicht mehr arbeiten kann, wenn die Ausgangsspannung VS des Brennstoffstapels 10 niedriger wird als die Antriebs- bzw. Betriebsspannung VDD der Entladungssteuerschaltung 90. Als Folge hiervon wird der Entladungsschalter 82 ausgeschaltet, und wird der erste elektrische Widerstand zur Entladung 81 elektrisch von dem Brennstoffzellenstapel 10 getrennt. Aus diesem Grund wird der Brennstoffzellenstapel 10 durch den ersten elektrischen Widerstand zur Entladung 81 nicht länger entladen.
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In dieser Hinsicht ist unter Berücksichtigung der Tatsache, dass das Volumen der Brenngasdurchführung 30 und das Volumen der Oxidationsgasdurchführung 40 in dem Brennstoffzellenstapel 10 im Wesentlichen gleich zueinander sind, und der Tatsache, dass in einem Fall, in dem Oxidationsgas aus Sauerstoff besteht, ein Verhältnis von Sauerstoff, der zu der vorgenannten elektrochemischen Reaktion beträgt, zu der Luft, die an den Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt wird, ungefähr 20% beträgt, das Sinken der Ausgangsspannung zur Zeit des Entladungsvorgangs bedingt durch den Mangel an Sauerstoff.
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Wenn ein Kollisionssignal ausgegeben wird, wird der Kompressor 43 gestoppt und wird der Öffnungsgrad des Kathodenabgassteuerventils 45 auf den minimalen Öffnungsgrad gestellt, wie es vorstehend erläutert ist. In diesem Fall kann das Oxidationsgas oder die Luft durch den Kompressor 43 und das Kathodenabgassteuerventil 45 passieren. Aus diesem Grund kann Luft aus dem Oxidationsgas-Zuführungsweg 41 oder dem Kathodenabgaskanal 44 in den Brennstoffzellenstapel 10 hineinströmen. Wenn Luft in den Brennstoffzellenstapel 10 strömt, kann sich die Menge von in dem Brennstoffzellenstapel 10 erzeugter Energie erhöhen und kann die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 steigen.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Entladungssteuerschaltung 90 erneut gestartet bzw. aktiviert, wenn die Ausgangsspannung VS des Brennstoffzellenstapels 10 steigt und die Antriebs- bzw. Betriebsspannung VDD der Entladungssteuerschaltung 90 erreicht. Wie es vorstehend erläutert ist, ist die Entladungssteuerschaltung 90 konfiguriert zum Einschalten des Entladungsschalters 82, wenn ein Kollisionssignal ausgegeben wird, wenn die Entladungssteuerschaltung 90 gestartet bzw. aktiviert wird. Als Folge hiervon wird der erste elektrische Widerstand zur Entladung 81 erneut elektrisch mit dem Brennstoffzellenstapel 10 verbunden und entlädt der erste elektrische Widerstand zur Entladung 81 den Brennstoffzellenstapel 10. Daher sinkt die Ausgangsspannung des Brennstoffzellestapels 10 erneut. Auf diese Art und Weise wird die Ausgangsspannung VS des Brennstoffzellenstapels 10 niedrig gehalten. Als nächstes, wenn die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 erneut niedriger wird als die Antriebs- bzw. Betriebsspannung VDD der Entladungssteuerschaltung 90, wird der Betrieb der Entladungssteuerschaltung 90 gestoppt und der Entladungsschalter 82 erneut ausgeschaltet.
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Auf diese Art und Weise kann die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 niedrig gehalten werden, selbst wenn Luft oder Sauerstoff in den Brennstoffzellenstapel 10 strömt, nachdem der Entladungsvorgang gestartet ist. Dies bedeutet, dass keine Notwendigkeit dafür besteht, ein Sperrventil bereitzustellen, das die Oxidationsgasdurchführung 40 des Brennstoffzellenstapels 10 ab-/sperrt bzw. abdichtet, wenn das Kollisionssignal ausgegeben wird. Daher ist es möglich, die Konfiguration des Brennstoffzellensystems 1 zu vereinfachen und die Kosten von diesem zu senken.
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5 zeigt eine Routine zur Durchführung einer Steuerung bei Kollision von diesem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Routine wird in der Systemsteuerschaltung 70 durch Unterbrechung in jedem vorbestimmten Einstellzeitintervall durchgeführt.
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Bezug nehmend auf 5 wird in Schritt 200 beurteilt, ob gerade ein Kollisionssignal ausgegeben wird. Wenn kein Kollisionssignal ausgegeben wird, wird der Verarbeitungszyklus beendet. Wenn ein Kollisionssignal ausgegeben wird, schreitet die Routine zu Schritt 201 voran, in dem der Motorgenerator 62 gestoppt wird. Im nächsten Schritt 202 werden die Brenngassperrventile 35a, 35b geschlossen. Im nächsten Schritt 203 wird der Kompressor gestoppt. Im nächsten Schritt 204 wird der Öffnungsgrad des Kathodenabgassteuerventils 45 auf den minimalen Öffnungsgrad gestellt. Im nächsten Schritt 205 wird das Stapelumgehungssteuerventil 47 geöffnet. Im nächsten Schritt 206 wird die Kühlwasserpumpe 52 gestoppt.
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6 zeigt eine Routine zur Durchführung einer Entladungssteuerung von diesem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Routine wird in der Entladungssteuerschaltung 90 durchgeführt, wenn die Entladungssteuerschaltung 90 gestartet wird.
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Bezug nehmen auf 6 wird in Schritt 300 beurteilt, ob ein Kollisionssignal an die Entladungssteuerschaltung 90 eingegeben wurde. Wenn kein Kollisionssignal eingegeben wurde, kehrt die Routine zu Schritt 300 zurück. Wenn ein Kollisionssignal eingegeben wurde, schreitet die Routine zu Schritt 301 voran, in dem der Entladungsschalter 82 eingeschaltet wird.
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Als Nächstes wird ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Wenn eine Fahrzeugkollision auftritt, können Kabel bzw. Leitungen beschädigt werden, die die Systemsteuerschaltung 70 und die Entladungssteuerschaltung 90 elektrisch miteinander verbinden. Das heißt, dass eine Kommunikation zwischen der Systemsteuereinheit 70 der Entladungssteuereinheit 90 unmöglich sein/werden kann. Wenn eine Kommunikation zwischen der Systemsteuerschaltung 70 und der Entladungssteuerschaltung 90 unmöglich ist, wird kein Kollisionssignal an die Entladungssteuerschaltung 90 eingegeben, selbst wenn die Systemsteuereinheit 70 ein Kollisionssignal ausgibt. Als Folge hiervon wird kein Entladungsvorgang des Brennstoffzellenstapels 10 durchgeführt.
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Daher wird bei diesem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Entladungssteuerschaltung 90 beurteilt, ob eine Kommunikation zwischen der Systemsteuerschaltung 70 und der Entladungssteuerschaltung 90 möglich ist. Wenn die Kommunikation als möglich beurteilt wird, wird der Entladungsschalter 82 auf Eingabe des Kollisionssignals hin eingeschaltet. Im Gegensatz dazu, wenn die Kommunikation als unmöglich beurteilt wird, wird der Entladungsschalter 82 eingeschaltet, selbst wenn kein Kollisionssignal eingegeben wird. Als Folge hiervon kann der Brennstoffzellenstapel 10 zuverlässig entladen werden.
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7 zeigt eine Routine zur Durchführung einer Entladungssteuerung von diesem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Routine wird in der Entladungssteuerschaltung 90 durchgeführt, wenn die Entladungssteuerschaltung 90 gestartet bzw. aktiviert wird.
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Bezug nehmend auf 7 wird in Schritt 300a beurteilt, ob eine Kommunikation zwischen der Entladungssteuerschaltung 90 und der Systemsteuerschaltung 70 möglich ist. Wenn die Kommunikation als möglich beurteilt wird, schreitet die Routine zu Schritt 300 voran, in dem beurteilt wird, ob gerade ein Kollisionssignal an die Entladungssteuerschaltung 90 eingegeben wird. Wenn kein Kollisionssignal eingegeben wird, kehrt die Routine zu Schritt 300a zurück. Wenn ein Kollisionssignal eingegeben wird, schreitet die Routine zu Schritt 301 voran. Andererseits, wenn die Kommunikation als unmöglich beurteilt wird, schreitet die Routine von Schritt 300a zu Schritt 301 voran. In Schritt 301 wird der Entladungsschalter 82 eingeschaltet.
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Prioritätsvorteil der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-076444 und bindet die Gesamtheit deren Offenbarung mittels Bezugnahme ein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennstoffzellensystem
- 10
- Brennstoffzellenstapel
- 62
- Motorgenerator
- 64
- Beschleunigungssensor
- 70
- Systemsteuerschaltung
- 80
- Entladungsvorrichtung
- 81
- erster elektrischer Widerstand zur Entladung
- 82
- Entladungsschalter
- 90
- Entladungssteuerschaltung