DE102015119565B4

DE102015119565B4 - Verfahren zum Steuern eines externen elektrischen Leistungsversorgungssystems eines Fahrzeugs mit montierter Brennstoffzelle und externes elektrisches Leistungsversorgungssystem

Info

Publication number: DE102015119565B4
Application number: DE102015119565.8A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Matsubara; Kenji Umayahara; Keigo Suematsu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2015-11-12
Publication date: 2022-07-14
Anticipated expiration: 2035-11-13
Also published as: KR20160057333A; JP2016096642A; KR101742392B1; CN105599614A; US10071649B2; DE102015119565A1; CN105599614B; US20160137065A1; JP6168029B2

Abstract

Verfahren zum Steuern eines externen elektrischen Leistungsversorgungssystems (100), das eine elektrische Leistung aus einer an einem Fahrzeug montierten Brennstoffzelle (110) und Sekundärbatterie (140) an einen externen Verbraucher (200) liefert, wobei:die elektrische Leistungserzeugung der Brennstoffzelle (110) und das Laden und Entladen der Sekundärbatterie (140) dergestalt gesteuert werden, dass eine extern bereitgestellte elektrische Leistung PSUPals eine aus der Brennstoffzelle (110) und der Sekundärbatterie (140) an den externen Verbraucher (200) gelieferte elektrische Leistung gleich oder kleiner ist als die zulässige elektrische Versorgungsleistung PALW; dadurch gekennzeichnet, dass:i) ein oberer Grenzwert der in die Sekundärbatterie (140) geladenen elektrischen Leistung, der entsprechend einer Temperatur und einem elektrischen Energiespeicherbetrag der Sekundärbatterie (140) eingestellt ist, als PWindefiniert ist,ii) ein oberer Grenzwert der aus der Sekundärbatterie (140) entladenen elektrischen Leistung, der entsprechend der Temperatur und dem elektrischen Energiespeicherbetrag der Sekundärbatterie (140) eingestellt ist, als PWoutdefiniert ist, undein Wert der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung PALWauf einen Wert eingestellt wird, der gleich oder kleiner als PWoutist, wenn PWoutkleiner ist als PWin, und auf einen Wert, der gleich oder kleiner als PWinist, wenn PWinkleiner ist als PWout.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein externes elektrisches Leistungsversorgungssystem, das über eine Brennstoffzelle und eine Sekundärbatterie, die an einem Fahrzeug montiert sind, eine elektrische Leistung extern bereitstellt.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Ein externes elektrisches Leistungsversorgungssystem, das über eine im Fahrzeug eingebaute Brennstoffzelle und Sekundärbatterie eine elektrische Leistung an einen externen Verbraucher liefert, ist vorbekannt (siehe beispielsweise die JP 2013 - 198 292 A oder die JP 2013 - 93 941 A ).
Aus der US 2007/0190369 A1 ist ein Batterie- bzw. Powerpack bekannt, das Brennstoffzellen umfassen kann, um eine wiederaufladbare Batterie aufzuladen, die externe Verbraucher auflädt. Die DE 11 2010 001 900 T5 offenbart ein allgemein bekanntes Brennstoffzellenfahrzeug, ohne jeglichen Hinweis, dass die von der Brennstoffzelle erzeugte Leistung beim Stillstand des Fahrzeugs an einen externen Verbraucher abgegeben werden kann.
Aus der gattungsbildenden US 2012 / 0 187 753 A1 ist ein Bordnetz für ein Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug bekannt, wobei das Fahrzeug einen Brennstoffzellenstapel und eine Hochvoltbatterie umfasst. Ein herkömmlicher bidirektionaler DC/DC-Leistungswandler ist in einem Hochvoltbus vorgesehen, der die Spannung des Brennstoffzellenstapels und die Spannung der Batterie koppelt. Ferner ist ein herkömmliches Wechselrichtermodul vorgesehen, das das Hochvoltgleichstromsignal auf dem Hochvoltbus in ein Wechselstromsignal wandelt, das für einen elektrischen Traktionsmotor auf dem Fahrzeug geeignet ist. Dabei wird die Verwendung des bereits vorhandenen bidirektionalen DC/DC-Leistungswandlers und des Wechselrichtermoduls als Teil eines elektrischen Nebenantriebs-Schaltkreises vorgeschlagen, der Wechselstrom für externe Fahrzeuglasten bereitstellt, während der Brennstoffzellenstapel und die Batterie nicht dazu verwendet werden, um das Fahrzeug anzutreiben.
Ein in der US 2011 / 0 291 475 A1 offenbartes Fahrzeugelektroniksystem beinhaltet eine erste Gleichstrom(DC)-Spannungsquelle, eine zweite DC-Spannungsquelle, welche an die erste DC-Spannungsquelle gekoppelt ist, einen ersten Gleichstrom-zu-Gleichstrom(DC/DC)-Leistungswandler, welcher an die erste und die zweite DC-Spannungsquelle gekoppelt ist, einen zweiten DC/DC-Leistungswandler, welcher an die erste und die zweite DC-Spannungsquelle und den ersten DC/DC-Leistungswandler gekoppelt ist und einen Leistungsanschluss, welcher elektrisch mit dem zweiten DC/DC-Leistungswandler gekoppelt ist. Der zweite DC/DC-Leistungswandler ist dazu ausgebildet, den Leistungsfluss zwischen der ersten und zweiten Spannungsquelle und dem Leistungsanschluss zu regeln.
In der Brennstoffzelle verzögert sich ein Anstieg oder Abfall der erzeugten elektrischen Leistung in Bezug auf einen Anstieg bzw. Abfall der erforderlichen extern bereitgestellten elektrischen Leistung aufgrund einer trägheitsbedingten oder anderweitig verursachten verzögerten Reaktion eines Luftkompressors, und dadurch kann die elektrische Leistungsversorgung des externen Verbrauchers instabil sein. In der JP 2013 - 198 292 A erfolgt eine externe elektrische Leistungsversorgung ausschließlich auf Grundlage der elektrischen Ausgangsleistung der Sekundärbatterie, und es gibt keine Aussage in Bezug auf das obige Problem. Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Technologie bereitzustellen, mit der die vorstehend diskutierten Nachteile beseitigt werden können. Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche; vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der unter Ansprüche.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

(1) Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird bereitgestellt: ein Verfahren zum Steuern eines externen elektrischen Leistungsversorgungssystems, das eine elektrische Leistung aus einer an einem Fahrzeug montierten Brennstoffzelle und einer Sekundärbatterie an einen externen Verbraucher liefert, wobei die elektrische Leistungserzeugung der Brennstoffzelle und das Laden und Entladen der Sekundärbatterie dergestalt gesteuert werden, dass eine extern bereitgestellte elektrische Leistung als eine aus der Brennstoffzelle und der Sekundärbatterie an den externen Verbraucher gelieferte elektrische Leistung gleich oder kleiner als die zulässige elektrische Versorgungsleistung ist, wobei: i) ein oberer Grenzwert der in die Sekundärbatterie geladenen elektrischen Leistung, der entsprechend einer Temperatur und einem elektrischen Energiespeicherbetrag der Sekundärbatterie eingestellt ist, als P_Win definiert ist, und ii) ein oberer Grenzwert der aus der Sekundärbatterie entladenen elektrischen Leistung, der entsprechend der Temperatur und dem elektrischen Energiespeicherbetrag der Sekundärbatterie eingestellt ist, als P_Wout definiert ist, und ein Wert der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung auf einen Wert eingestellt wird, der, der gleich oder kleiner als P_Wout ist, wenn P_Wout kleiner ist als P_Win, und auf einen Wert, der gleich oder kleiner als P_Win ist, wenn P_Win kleiner ist als P_Wout. Gemäß dieser Ausgestaltung kann ein Defizit an erzeugter elektrischer Leistung durch die aus der Sekundärbatterie entladene elektrische Leistung selbst dann ausreichend kompensiert werden, wenn die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung schnell ansteigt. Die Sekundärbatterie kann darüber hinaus mit einem Überschuss an erzeugter elektrischer Leistung selbst für den Fall ausreichend geladen werden, dass die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung schnell auf Null abfällt, wenn die extern bereitgestellte elektrische Leistung vollständig durch die Brennstoffzelle erzeugt wird. Dementsprechend kann eine elektrische Leistungsversorgung für den externen Verbraucher selbst dann stabil sein, wenn ein Anstieg oder Abfall der von der Brennstoffzelle erzeugten elektrischen Leistung in Bezug auf einen Anstieg oder Abfall der erforderlichen extern bereitgestellten elektrischen Leistung verzögert ist.
(2) Der Wert der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung kann auf einen Wert gleich oder kleiner als der kleinste der folgenden Werte eingestellt werden: i) der obere Grenzwert der in die Sekundärbatterie geladenen elektrischen Leistung, ii) der obere Grenzwert der aus der Sekundärbatterie entladenen elektrischen Leistung und iii) ein oberer Grenzwert der von der Brennstoffzelle erzeugten elektrischen Leistung, wenn die Brennstoffzelle in einem Zustand ist, in dem die Brennstoffzelle in der Lage ist, die erzeugte elektrische Leistung an den externen Verbraucher zu liefern. Gemäß dieser Ausgestaltung kann die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung vollständig von der Brennstoffzelle erzeugt werden, selbst wenn die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung schnell ansteigt. Dementsprechend ist es möglich, ein Absinken des elektrischen Energiespeicherbetrags der Sekundärbatterie zu verhindern, wenn die Brennstoffzelle nicht in der Lage ist, die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung ausreichend zu erzeugen, und elektrische Leistung von der Sekundärbatterie bereitgestellt wird. Darüber hinaus ist es möglich, ein auf ein Absinken des elektrischen Energiespeicherbetrags der Sekundärbatterie zurückzuführendes Absinken der tatsächlichen extern bereitgestellten elektrischen Leistung zu verhindern.
(3) Der Wert der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung kann auf einen Wert gleich oder kleiner als der kleinste der folgenden Werte eingestellt werden: i) der obere Grenzwert der in die Sekundärbatterie geladenen elektrischen Leistung, ii) der obere Grenzwert der aus der Sekundärbatterie entladenen elektrischen Leistung und iv) ein oberer Grenzwert der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung, bei dem eine Größenordnung von elektrischer Energie, die eine Leistungswandlungseinheit durchfließt, die eine von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Leistung in die extern bereitgestellte elektrische Leistung wandelt, gleich oder kleiner als ein oberer Grenzwert ist, der so eingestellt ist, dass die Leistungswandlungseinheit geschützt ist. Gemäß dieser Ausgestaltung kann eine Beschädigung der Leistungswandlungseinheit selbst dann verhindert werden, wenn die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung ansteigt.
(4) Der Wert der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung kann auf einen Wert gleich oder kleiner als der kleinste der folgenden Werte eingestellt werden: i) der obere Grenzwert der in die Sekundärbatterie geladenen elektrischen Leistung, ii) der obere Grenzwert der aus der Sekundärbatterie entladenen elektrischen Leistung, iii) der Ausgangsgrenzwert der von der Brennstoffzelle erzeugten elektrischen Leistung, und iv) ein oberer Grenzwert der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung, bei dem eine Größenordnung von elektrischer Energie, die eine Leistungswandlungseinheit durchfließt, die eine von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Leistung in die extern bereitgestellte elektrische Leistung wandelt, gleich oder kleiner als ein oberer Grenzwert ist, der so eingestellt ist, dass die Leistungswandlungseinheit geschützt ist, wenn die Brennstoffzelle sich in einem Zustand befindet, in dem die Brennstoffzelle in der Lage ist, die erzeugte elektrische Leistung an den externen Verbraucher zu liefern. Gemäß dieser Ausgestaltung kann die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung vollständig von der Brennstoffzelle erzeugt werden, selbst wenn die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung schnell ansteigt, und ein Abfall des elektrischen Energiespeicherbetrags der Sekundärbatterie kann verhindert werden. Darüber hinaus kann eine Beschädigung der elektrischen Leistungswandlungseinheit verhindert werden.
(5) Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein externes elektrisches Leistungsversorgungssystem bereitgestellt, das elektrische Leistung aus einer an einem Fahrzeug montierten Brennstoffzelle und einer Sekundärbatterie an einen externen Verbraucher liefert, wobei das externe elektrische Leistungsversorgungssystem eine Steuervorrichtung umfasst, welche die elektrische Leistungserzeugung der Brennstoffzelle und das Laden und Entladen der Sekundärbatterie so steuert, dass eine extern bereitgestellte elektrische Leistung als die aus der Brennstoffzelle und der Sekundärbatterie an den externen Verbraucher gelieferte elektrische Leistung gleich oder kleiner als die zulässige elektrische Versorgungsleistung ist, wobei: i) ein oberer Grenzwert der in die Sekundärbatterie geladenen elektrischen Leistung, der entsprechend einer Temperatur und einem elektrischen Energiespeicherbetrag der Sekundärbatterie eingestellt ist, als P_Win definiert ist, ii) ein oberer Grenzwert der aus der Sekundärbatterie entladenen elektrischen Leistung, der entsprechend der Temperatur und dem elektrischen Energiespeicherbetrag der Sekundärbatterie eingestellt ist, als P_Wout definiert ist, und die Steuervorrichtung einen Wert der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung auf einen Wert eingestellt, der, der gleich oder kleiner als P_Wout ist, wenn P_Wout kleiner ist als P_Win, und auf einen Wert, der gleich oder kleiner als P_Win ist, wenn P_Win kleiner ist als P_Wout. Gemäß dieser Ausgestaltung kann ein Defizit an erzeugter elektrischer Leistung durch die aus der Sekundärbatterie entladene elektrische Leistung selbst dann ausreichend kompensiert werden, wenn die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung schnell ansteigt. Die Sekundärbatterie kann darüber hinaus mit einem Überschuss an erzeugter elektrischer Leistung selbst für den Fall ausreichend geladen werden, dass die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung schnell auf Null abfällt, wenn die extern bereitgestellte elektrische Leistung ausschließlich durch die Brennstoffzelle erzeugt wird. Dementsprechend kann die elektrische Leistungsversorgung für den externen Verbraucher stabil sein.

Die Erfindung kann in verschiedenen Aspekten realisiert werden. Die Erfindung kann in verschiedenen Formen realisiert werden, beispielsweise als Fahrzeug, in dem eine Brennstoffzelle und eine Sekundärbatterie eingebaut sind, als ein externes elektrisches Leistungsversorgungsverfahren für ein Fahrzeug, als eine dieses Verfahren ausführende Steuervorrichtung, als ein dieses Steuerverfahren ausführendes Computerprogramm, als ein Speichermedium, auf dem dieses Computerprogramm abgelegt ist, oder dergleichen.
Figurenliste
In der Folge werden Merkmale, Vorteile sowie die technische und gewerbliche Bedeutung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung unter Verweis auf die Begleitzeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei gilt:

1 ist eine schematische Darstellung der Ausgestaltung eines Brennstoffzellenfahrzeugs, das ein externes elektrisches Leistungsversorgungssystem umfasst;
2 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Berechnungsverfahrens für die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW;
3 ist eine Ansicht zur Darstellung von Einzelheiten der bereitstellbaren elektrischen Leistung Ppos; und
4 ist eine Ansicht zur Darstellung beispielhafter Wirkungen einer Ausführungsform.

DETAILBESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
A. Erste Ausführungsform:
1 ist eine schematische Darstellung der Ausgestaltung eines Brennstoffzellenfahrzeugs 10, das ein externes elektrisches Leistungsversorgungssystem 100 gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst. Das Brennstoffzellenfahrzeug 10 ist mit einer Brennstoffzelle (FC) 110, einem Brennstoffzellen-Aufwärtsregler (Boostkonverter) 120, einer Leistungssteuereinheit (PCU) 130, einem Fahrmotor 136, einem Luftkompressor (ACP) 138, einer Sekundärbatterie 140, einer Ladezustandserfassungseinheit 142, einer Brennstoffzellenhilfsmaschine 150, einer Klimatisierungsvorrichtung 160, einer externen elektrischen Leistungsversorgungseinheit 170, einer Stromerfassungseinheit 172, einer Steuervorrichtung 180 und Fahrzeugrädern WL versehen. Das Brennstoffzellenfahrzeug 10 fährt, wenn der Fahrmotor 136 durch die aus der Brennstoffzelle 110 und der Sekundärbatterie 140 bereitgestellte elektrische Leistung angetrieben wird. Das Brennstoffzellenfahrzeug 10 gemäß vorliegender Ausführungsform arbeitet auch als externes elektrisches Leistungsversorgungssystem 100 und kann elektrische Leistung an einen externen Verbraucher 200 liefern, während das Brennstoffzellenfahrzeug 10 steht.
„Während das Brennstoffzellenfahrzeug 10 steht“ gemäß vorliegender Beschreibung bedeutet einen Zustand, in dem keine elektrische Leistung in Bezug auf den Antrieb des Fahrmotors 136 (wie dies später beschrieben ist) aus der Brennstoffzelle 110 und Sekundärbatterie 140 bereitgestellt wird, und umfasst keinen so genannten Leerlaufzustand, der ein Zustand ist, in dem eine Beschleunigung ausgehend von einer Fahrpedalbetätigung und einem Gangwechsel-Schaltvorgang eingeleitet wird. Dieser Zustand umfasst auch einen Zustand, in dem eine Bewegung des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 auf feste Weise durch einen Bremsmechanismus wie eine Parkbremse (auch als Feststellbremse oder Handbremse bezeichnet) begrenzt wird. Das „Fahren des Brennstoffzellenfahrzeugs 10“ bedeutet einen Zustand, in dem der Fahrmotor 136 mit Hilfe von elektrischer Energie aus der Brennstoffzelle 110 und/oder Sekundärbatterie 140 angetrieben wird. Dieser Zustand umfasst auch den Leerlaufzustand (außer einem Zustand, in dem die Bewegung auf feste Weise durch den Bremsmechanismus wie die Parkbremse begrenzt wird).
Die Brennstoffzelle 110 ist eine Brennstoffzelle vom Typ Festpolymer, die durch Aufnahme der zugeführten Reaktionsgase Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie erzeugt. Die Brennstoffzelle 110 ist nicht auf Festpolymer-Brennstoffzellen beschränkt, und verschiedene andere Arten von Brennstoffzellen können als Brennstoffzelle 110 verwendet werden. Die Brennstoffzelle 110 ist über den FC-Boostkonverter 120 mit einer Hochspannungs-Gleichstrom-Verdrahtung DCH verbunden und über die Hochspannungs-Gleichstrom-Verdrahtung DCH mit einem in der PCU 130 enthaltenen Motorantrieb 132 und Luftkompressor-Antrieb 137 verbunden. Der FC-Boostkonverter 120 wandelt eine Ausgangsspannung VFC der Brennstoffzelle 110 zu einer Hochspannung VH, die vom Motorantrieb 132 und Luftkompressor-Antrieb 137 verwendet werden kann.
Eine dreiphasige Wechselrichterschaltung bildet den Motorantrieb 132. Der Motorantrieb 132 ist mit dem Fahrmotor 136 verbunden. Der Motorantrieb 132 wandelt die über den FC-Boostkonverter 120 bereitgestellte elektrische Ausgangsleistung der Brennstoffzelle 110 und die über einen BAT-Boostkonverter 134 bereitgestellte elektrische Ausgangsleistung der Sekundärbatterie 140 in eine Dreiphasenwechselstromleistung um und liefert die Dreiphasenwechselstromleistung an den Fahrmotor 136. Ein mit einer dreiphasigen Spule versehener Synchronmotor bildet den Fahrmotor 136. Der Fahrmotor 136 treibt die Fahrzeugräder WL über ein Zahnrad oder dergleichen an. Der Fahrmotor 136 arbeitet auch als ein Generator, der regenerative elektrische Energie erzeugt, indem er die kinetische Energie des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 während der Bremsung des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 regeneriert.
Der BAT-Boostkonverter 134 verstellt den Spannungspegel der Hochspannungs-Gleichstrom-Verdrahtung DCH in Reaktion auf ein von der Steuervorrichtung 180 kommendes Antriebssignal und schaltet Lade-/Entladezustände der Sekundärbatterie 140 um. Für den Fall, dass die regenerative elektrische Energie im Fahrmotor 136 erzeugt wird, wird die regenerative elektrische Energie durch den Motorantrieb 132 in eine elektrische Gleichstromleistung umgewandelt, und diese wird über den BAT-Boostkonverter 134 in die Sekundärbatterie 140 geladen.
Eine dreiphasige Wechselrichterschaltung bildet den Luftkompressor-Antrieb 137. Der Luftkompressor-Antrieb 137 ist mit dem Luftkompressor 138 verbunden. Der Luftkompressor-Antrieb 137 wandelt die über den FC-Boostkonverter 120 bereitgestellte elektrische Ausgangsleistung der Brennstoffzelle 110 und die über den BAT-Boostkonverter 134 bereitgestellte elektrische Ausgangsleistung der Sekundärbatterie 140 in eine Dreiphasenwechselstromleistung um und liefert die Dreiphasenwechselstromleistung an den Luftkompressor 138. Ein mit einer dreiphasigen Spule versehener Synchronmotor bildet den Luftkompressor 138. Der Luftkompressor 138 treibt einen Motor in Reaktion auf die bereitgestellte elektrische Leistung an und versorgt die Brennstoffzelle 110 mit Sauerstoff (Luft), der für die elektrische Leistungserzeugung verwendet wird.
Die Sekundärbatterie 140 ist eine elektrische Energiespeichervorrichtung, die elektrische Energie speichern sowie wiederholt laden und entladen kann. Die Sekundärbatterie 140 kann beispielsweise als eine Lithiumionenbatterie ausgestaltet sein. Die Sekundärbatterie 140 kann eine andere Art von Batterie oder Akkumulator sein, wie ein Bleiakkumulator, ein Nickel-Cadmium-Akkumulator und ein Nickel-Metallhydrid-Akkumulator. Die Sekundärbatterie 140 ist über eine Niederspannungs-Gleichstrom-Verdrahtung DCL mit dem im PCU 130 enthaltenen BAT-Boostkonverter 134 verbunden und über den BAT-Boostkonverter 134 mit der Hochspannungs-Gleichstrom-Verdrahtung DCH verbunden.
Die Ladezustandserfassungseinheit 142 erfasst den elektrischen Energiespeicherbetrag (Ladezustand, SOC) der Sekundärbatterie 140 und überträgt das Ergebnis an die Steuervorrichtung 180. Der „elektrische Energiespeicherbetrag (Ladezustand, SOC)“ gemäß der vorliegenden Beschreibung bedeutet das Verhältnis der verbleibenden Kapazität zur Stromladekapazität der Sekundärbatterie 140. Die Ladezustandserfassungseinheit 142 erfasst die Temperatur Tba, die Ausgangsspannung V und den Ausgangsstrom I der Sekundärbatterie 140 und erfasst den elektrischen Energiespeicherbetrag (Ladezustand, SOC) anhand der erfassten Werte. Die Ladezustandserfassungseinheit 142 gemäß dieser Ausführungsform überträgt auch die Temperatur Tba der Sekundärbatterie 140 an die Steuervorrichtung 180.
Die Brennstoffzellenhilfsmaschine 150, die Klimatisierungsvorrichtung 160 und die externe elektrische Leistungsversorgungseinheit 170 sind jeweils mit der Niederspannungs-Gleichstrom-Verdrahtung DCL verbunden und werden jeweils durch die von der Brennstoffzelle 110 und Sekundärbatterie 140 bereitgestellte elektrische Leistung angetrieben. Die Brennstoffzellenhilfsmaschine 150 ist eine der elektrischen Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 110 dienende Hilfsmaschine von Brennstoffpumpe, die Reaktionsgase zur Brennstoffzelle 110 führt, und Kältemittelpumpe, die ein Kältemittel zur Brennstoffzelle 110 führt, oder dergleichen. Die Klimatisierungsvorrichtung 160 ist eine Einrichtung für die Klimatisierung wie eine Klimaanlage.
Die externe elektrische Leistungsversorgungseinheit 170 ist eine elektrische Leistungsversorgungseinrichtung für die Versorgung eines externen Verbrauchers mit elektrischer Energie. Die externe elektrische Leistungsversorgungseinheit 170 ist so ausgestaltet, dass sie mit einer externen elektrischen Leistungsversorgungsvorrichtung 174 verbunden werden kann, die für den Anschluss des mit Wechselstrom betriebenen externen Verbrauchers 200 verwendet wird. Wenn die externe elektrische Leistungsversorgungsvorrichtung 174 mit der externen elektrischen Leistungsversorgungseinheit 170 verbunden ist, arbeitet das Brennstoffzellenfahrzeug 10 als externes elektrisches Leistungsversorgungssystem 100, und elektrische Leistung wird von der Brennstoffzelle 110 und Sekundärbatterie 140 an den mit der externen elektrischen Leistungsversorgungsvorrichtung 174 verbundenen externen Verbraucher 200 bereitgestellt. Die externe elektrische Leistungsversorgungseinheit 170 gemäß dieser Ausführungsform liefert eine elektrische Gleichstromleistung von der Niederspannungs-Gleichstrom-Verdrahtung DCL an die externe elektrische Leistungsversorgungsvorrichtung 174, und die externe elektrische Leistungsversorgungsvorrichtung 174 wandelt die von der externen elektrischen Leistungsversorgungseinheit 170 kommende elektrische Gleichstromleistung in eine 100 V Wechselstromleistung um und liefert die elektrische Leistung an einen externen Verbraucher, der an einer Steckdose für Netzstromversorgung angeschlossen ist. Die Stromerfassungseinheit 172 ist an der Verdrahtung angeordnet, welche die externe elektrische Leistungsversorgungseinheit 170 und die Niederspannungs-Gleichstrom-Verdrahtung DCL miteinander verbindet. Die Stromerfassungseinheit 172 misst die an die externe elektrische Leistungsversorgungseinheit 170 gelieferte Stromstärke.
Die Steuervorrichtung 180 ist als ein Mikrocomputer ausgestaltet, der mit einer zentralen Verarbeitungsvorrichtung und einer Hauptspeichervorrichtung versehen ist. Die Steuervorrichtung 180 schaltet Antriebsarten des Brennstoffzellenfahrzeugs 10, wenn eine entsprechende Schalthandlung des Fahrzeugführers über einen Antriebsart-Umschalter (nicht dargestellt) vorliegt. Das Brennstoffzellenfahrzeug 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist als Antriebsarten eine „Betriebsart Normales Fahren“ und eine „Betriebsart Elektrische Leistungsversorgung“ auf. Die „Betriebsart Normales Fahren“ ist eine Betriebsart für das Fahren des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 auf Grundlage der Bedienung durch den Fahrzeugführer. Wenn die Betriebsart Normales Fahren ausgewählt ist und die Bedienhandlung des Fahrzeugführers, wie die Betätigung des Fahrpedals, erkannt wird, steuert die Steuervorrichtung 180 die elektrische Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 110 und das Laden und Entladen der Sekundärbatterie 140 entsprechend den detaillierten Gegebenheiten der Bedienhandlung. In der Betriebsart Normales Fahren erzeugt die Steuervorrichtung 180 ein Antriebssignal abhängig von einem Fahrpedalbetätigungsbetrag D_ACC und übermittelt das Antriebssignal sowohl an den Motorantrieb 132 als auch an den BAT-Boostkonverter 134. Der Motorantrieb 132 ermöglicht, dass sich der Fahrmotor 136 entsprechend dem Fahrpedalbetätigungsbetrag D_ACC dreht, indem er beispielsweise in Reaktion auf das von der Steuervorrichtung 180 kommende Antriebssignal eine Wechselspannungsimpulsbreite verstellt.
Die „Betriebsart Elektrische Leistungsversorgung“ ist eine Betriebsart, bei der es ermöglicht wird, dass das Brennstoffzellenfahrzeug 10 als externes elektrisches Leistungsversorgungssystem 100 arbeitet, das einen mit der externen elektrischen Leistungsversorgungsvorrichtung 174 verbundenen externen Verbraucher 200 mit elektrischer Leistung versorgt, während das Brennstoffzellenfahrzeug 10 steht. In einer Betriebsart der normalen elektrischen Leistungsversorgung steuert die Steuervorrichtung 180 jeden Teilbereich des externen elektrischen Leistungsversorgungssystems 100 so, dass die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP ausschließlich auf Grundlage der von der Brennstoffzelle 110 erzeugten elektrischen Leistung P_FC [W] für den externen Verbraucher 200 bereitgestellt wird. Für den Fall, dass die erzeugte elektrische Leistung P_FC [W] die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP nicht deckt, wozu beispielsweise ein Fall gehört, in dem die Brennstoffzelle 110 eingeschaltet ist, führt die Steuervorrichtung 180 eine Steuerung zur Kompensierung der Unterdeckung mit der aus der Sekundärbatterie 140 entladenen elektrischen Leistung durch. Darüber hinaus stellt die Steuervorrichtung 180 die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW als oberen Grenzwert der an den externen Verbraucher 200 gelieferten extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP ein und steuert die elektrische Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 110, das Laden und Entladen der Sekundärbatterie 140 und die externe elektrische Leistungsversorgungseinheit 170 so, dass die extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW nicht übersteigt. Ein Verfahren zur Berechnung der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung P_ALW wird später beschrieben.
In der Betriebsart Elektrische Leistungsversorgung berechnet die Steuervorrichtung 180 die erforderliche elektrische Erzeugungsleistung P_FCRQ [W] nach der folgenden Gleichung (1). Die Steuervorrichtung 180 erzeugt die erzeugte elektrische Leistung P_FC durch Steuerung der elektrischen Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 110 auf Grundlage der berechneten elektrischen Erzeugungsleistung P_FCRQ. $P_{FCRQ} = P_{ORQ} + P_{CRQ} + P_{ARQ} + P_{SOC}$
wobei gilt: P_ORQ ist elektrische Leistung, die für ein Betreiben des externen Verbrauchers 200 erforderlich ist (extern erforderliche elektrische Leistung), und entspricht der oben beschriebenen extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP. P_CRQ ist elektrische Leistung, die für den Betrieb des Luftkompressors 138 und der Brennstoffzellenhilfsmaschine 150 erforderlich ist (für Hilfsmaschine erforderliche elektrische Leistung). P_ARQ ist elektrische Leistung, die für den Betrieb der Klimatisierungsvorrichtung 160 erforderlich ist (für Klimatisierung erforderliche elektrische Leistung). Psoc ist elektrische Leistung, die verwendet wird, um dafür zu sorgen, dass der elektrische Energiespeicherbetrag (Ladezustand, SOC) der Sekundärbatterie 140 etwa einem elektrischen Energiespeichersollbetrag (zum Beispiel 60 %) entspricht (ladezustandskorrigierende elektrische Leistung). Die extern erforderliche elektrische Leistung P_ORQ kann aus dem Produkt der von der Stromerfassungseinheit 172 gemessenen Stromstärke I (Messwert) und einer Niederspannung VL berechnet werden. Für den Fall, dass die berechnete extern erforderliche elektrische Leistung P_ORQ die oben beschriebene zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW übersteigt, wird der Wert der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung P_ALW auf den Wert der extern erforderlichen elektrischen Leistung P_ORQ eingestellt. Die für die Hilfsmaschine erforderliche elektrische Leistung P_CRQ kann aus den Betriebszuständen des Luftkompressors 138 und der Brennstoffzellenhilfsmaschine 150 berechnet werden. Die für die Klimatisierung erforderliche elektrische Leistung P_ARQ kann aus dem Zustand der Klimatisierungsvorrichtung 160 berechnet werden. Die ladezustandskorrigierende elektrische Leistung Psoc kann aus dem von der Ladezustandserfassungseinheit 142 erfassten elektrischen Energiespeicherbetrag (SOC) der Sekundärbatterie 140 berechnet werden.
2 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Berechnungsverfahrens für die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW. Im ersten Schritt zur Berechnung der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung P_ALW bestimmt die Steuervorrichtung 180, ob die Brennstoffzelle 110 sich in einer Betriebsart Normale elektrische Leistungserzeugung befindet (Schritt S110). Die „Betriebsart Normale elektrische Leistungserzeugung“ bedeutet einen Zustand, in dem die Brennstoffzelle 110 die erzeugte elektrische Leistung an den externen Verbraucher liefern kann, darin nicht inbegriffen ein Fall, in dem die Brennstoffzelle 110 „ausgeschaltet“ ist, eine „Betriebsart Startvorbereitung“ und dergleichen. Die „Betriebsart Startvorbereitung“ bedeutet einen Zustand, in dem ein vorbereitender Vorgang für die normale Erzeugung elektrischer Leistung ausgeführt wird, darin inbegriffen ein Zustand, in dem eine elektrische Leistungserzeugung für das Vorwärmen während eines Starts unterhalb des Gefrierpunkts ausgeführt wird, ein Zustand, in dem während des Starts ein Verdünnungsvorgang für den kathodenseitig anliegenden Wasserstoff durchgeführt wird, und dergleichen. Die in der Betriebsart Startvorbereitung erzeugte elektrische Leistung wird nicht an den externen Verbraucher 200 geliefert.
Für den Fall, dass die Brennstoffzelle 110 sich nicht in der Betriebsart der normalen elektrischen Leistungserzeugung befindet, berechnet die Steuervorrichtung 180 die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW nach der folgenden Gleichung (2) (Schritt S120). $P_{ALW} = min {P_{Win}, P_{Wout}, P_{POS}}$
wobei gilt: P_Win ist der obere Grenzwert der in die Sekundärbatterie 140 geladenen elektrischen Leistung, der entsprechend der Temperatur und dem elektrischen Energiespeicherbetrag (Ladezustand, SOC) der Sekundärbatterie 140 eingestellt wird (zulässige elektrische Ladeleistung). P_Wout ist der obere Grenzwert der aus der Sekundärbatterie 140 geladenen elektrischen Leistung, der entsprechend der Temperatur und dem elektrischen Energiespeicherbetrag (Ladezustand, SOC) der Sekundärbatterie 140 eingestellt wird (zulässige elektrische Entladeleistung). P_POS ist die bereitstellbare elektrische Leistung, die eingestellt wird, um Bauteile wie den BAT-Boostkonverter 134 zu schützen.
Die zulässige elektrische Ladeleistung P_Win und die zulässige elektrische Entladeleistung P_Wout können aus den ladezustandsbezogenen Lade- und Entladekennlinien und den temperaturbezogenen Lade- und Entladekennlinien der Sekundärbatterie 140 berechnet werden. Die „ladezustandsbezogenen Lade- und Entladekennlinien“ sind ein Kennfeld, in dem der elektrische Energiespeicherbetrag (Ladezustand, SOC) der Sekundärbatterie 140 einem zulässigen oberen Ladegrenzwert W_in der elektrischen (ladenden) Eingangsleistung P_in und einem zulässigen oberen Entladegrenzwert W_out der elektrischen (entladenden) Ausgangsleistung P_out zugeordnet ist. Die „temperaturbezogenen Lade- und Entladekennlinien“ sind ein Kennfeld, in dem die Temperatur Tba der Sekundärbatterie 140 dem zulässigen oberen Ladegrenzwert W_in der ladenden elektrischen Leistung und einem zulässigen oberen Entladegrenzwert W_out der entladenen elektrischen Leistung zugeordnet ist. Die Steuervorrichtung 180 kann als P_Win den kleineren der folgenden Werte annehmen: zulässiger Ladewert W_in, der auf Grundlage des von der Ladezustandserfassungseinheit 142 erfassten elektrischen Energiespeicherbetrags (Ladezustand, SOC) und der ladezustandsbezogenen Lade- und Entladekennlinien angegeben wird, und zulässiger oberer Ladegrenzwert W_in, der auf Grundlage der von der Ladezustandserfassungseinheit 142 erfassten Temperatur Tba und der temperaturbezogenen Lade- und Entladekennlinien angegeben wird. P_Wout kann auf durch ein ähnliches Verfahren erfasst werden.
3 ist eine Ansicht zur Darstellung von Einzelheiten der bereitstellbaren elektrischen Leistung P_POS. Die Steuervorrichtung 180 berechnet die bereitstellbare elektrische Leistung Ppos durch die folgende Gleichung (3). $P_{POS} = P_{PRO} + P_{Wout} - P_{CNS}$
wobei gilt: P_PRO ist elektrische Leistung, die den BAT-Boostkonverter 134 durchfließen kann (BDC-durchfließende zulässige oberbegrenzte elektrische Leistung). P_CNS ist der Gesamtwert der von der Brennstoffzellenhilfsmaschine 150 und Klimatisierungsvorrichtung 160 verbrauchten elektrischen Leistung. Die BDC-durchfließende zulässige oberbegrenzte elektrische Leistung P_PRO, die als Regelungswert verwendet wird, um Bauteilbeschädigungen zu verhindern, die darauf zurückzuführen sind, dass Bauteile wie der BAT-Boostkonverter 134 von einer großen elektrischen Leistungsmenge durchflossen werden, kann anhand eines Kennfeldes berechnet werden, das ein Zuordnungsverhältnis von P_PRO zu einer primärseitigen Spannung und einer sekundärseitigen Spannung des BAT-Boostkonverters 134 darstellt. P_CNS kann beispielsweise als Summe aus der für die Hilfsmaschine erforderlichen elektrischen Leistung P_CRQ und der für die Klimatisierung erforderlichen elektrischen Leistung P_ARQ berechnet werden. Wie dies in 3 dargestellt ist, ist die bereitstellbare elektrische Leistung P_POS die elektrische Leistung, die sich ergibt, wenn die von der Brennstoffzellenhilfsmaschine 150 und Klimatisierungsvorrichtung 160 verbrauchte elektrische Leistung (P_CNS) von der Summe der vom BAT-Boostkonverter 134 und von der Sekundärbatterie 140 bereitgestellten elektrischen Leistung (P_PRO+P_Wout) subtrahiert wird. Die bereitstellbare elektrische Leistung P_POS entspricht der elektrischen Leistung, die an die externe elektrische Leistungsversorgungseinheit 170 geliefert wird.
Zurückverweisend auf 2, berechnet die Steuervorrichtung 180 für den Fall, dass die Brennstoffzelle 110 sich in der Betriebsart der normalen elektrischen Leistungserzeugung befindet, die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW nach der folgenden Gleichung (4) (Schritt S130). $P_{ALW} = min {P_{Win}, P_{Wout}, P_{POS}, P_{LIM}}$
Gleichung (4) entspricht Gleichung (2) unter Hinzuaddierung von P_LIM. P_LIM ist der obere Grenzwert (Ausgangsgrenzwert) der von der Brennstoffzelle 110 aktuell erzeugten elektrischen Leistung und kann aus verschiedenen Parametern berechnet werden, die den derzeitigen Zustand der Brennstoffzelle 110 darstellen. Beispiele der den derzeitigen Zustand der Brennstoffzelle 110 darstellenden Parameter sind unter anderem die Temperatur der Brennstoffzelle 110, die vom Luftkompressor 138 angesaugte Außenluftmenge, die verbleibende Wasserstoffmenge in einem Wasserstoffbehälter, der den an die Brennstoffzelle 110 gelieferten Wasserstoff speichert, sowie der Anodendruck und Kathodendruck der Brennstoffzelle 110. Die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW wird aus den oben beschriebenen Schritten S110 bis S130 berechnet.
4 ist eine Darstellung zur beispielhaften Veranschaulichung von Auswirkungen der vorliegenden Ausführungsform. 4 zeigt die zeitabhängige Entwicklung der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung P_ALW, der extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP und eines externen elektrischen Versorgungsleistungsanteils P₀ der erzeugten elektrischen Leistung P_FC. Gemäß der folgenden Beschreibung befindet sich die Brennstoffzelle 110 im Zeitraum T1 bis T2 in der „Betriebsart Startvorbereitung“ und im Zeitraum T2 bis T6 in der „Betriebsart Normale elektrische Leistungserzeugung“. Der schraffierte Abschnitt in 4 stellt die aus der Sekundärbatterie 140 entladene elektrische Leistung (Leistungsausgang) und der kreuzweise schraffierte Abschnitt in 4 die in die Sekundärbatterie 140 geladene elektrische Leistung (Leistungseingang in die Sekundärbatterie 140) dar.
In der Betriebsart der Startvorbereitung steuert die Steuervorrichtung 180 die aus der Sekundärbatterie 140 entladene elektrische Leistung so, dass sie die gesamte erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP übernimmt. Die extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP gemäß vorliegender Ausführungsform ist gleich oder kleiner als die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW, und damit ist die extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP gleich oder kleiner als der obere Grenzwert P_Wout der aus der Sekundärbatterie 140 entladenen elektrischen Leistung. Dementsprechend kann der Wert der aus der Sekundärbatterie 140 entladenen elektrischen Leistung auf den Wert der erforderlichen extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP erhöht werden. Dann ist es möglich, einen Abfall der tatsächlichen extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP zu verhindern, wenn die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP den oberen Grenzwert P_Wout überschreitet und der Wert der aus der Sekundärbatterie 140 entladenen elektrischen Leistung nicht bis zum Wert der erforderlichen extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP zu steigen vermag. Dementsprechend kann die externe elektrische Leistungsversorgung stabil ausgeführt werden. Die extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP gemäß vorliegender Ausführungsform ist zudem gleich oder kleiner als die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW, und damit ist die extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP gleich oder kleiner als die bereitstellbare elektrische Leistung P_POS, die eingestellt wird, um Bauteile wie den BAT-Boostkonverter 134 zu schützen. Das ermöglicht dementsprechend eine Verhinderung von Schäden, die Bauteile wie der BAT-Boostkonverter 134 aufgrund der sie durchfließenden extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP erleiden könnten.
Die Steuervorrichtung 180 berechnet die von der Brennstoffzelle 110 erzeugte elektrische Leistung P_FC, die der erforderlichen erzeugten elektrischen Leistung P_FCR entspricht, nach der folgenden Gleichung (5). $P_{FC} = P_{o} + P_{c} + P_{A} + P_{CHG}$
wobei gilt: P_o ist der oben beschriebene externe elektrische Versorgungsleistungsanteil und entspricht der extern erforderlichen elektrischen Leistung P_ORQ. P_c ist die an den Luftkompressor 138 und die Brennstoffzellenhilfsmaschine 150 bereitgestellte elektrische Leistung (von der Hilfsmaschine verbrauchte elektrische Leistung) und entspricht der für die Hilfsmaschine erforderlichen elektrischen Leistung P_CRQ. P_A ist die an die Klimatisierungsvorrichtung 160 bereitgestellte elektrische Leistung (für die Klimatisierung verbrauchte elektrische Leistung) und entspricht der für die Klimatisierung erforderlichen elektrischen Leistung P_ARQ. P_CHG ist die an die Sekundärbatterie 140 gelieferte elektrische Leistung (elektrische Ladeleistung) und entspricht der ladezustandskorrigierenden elektrischen Leistung Psoc.
In der Betriebsart Normale elektrische Leistungserzeugung steuert die Steuervorrichtung 180 die von der Brennstoffzelle 110 erzeugte elektrische Leistung PFC so, dass diese die gesamte erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP übernimmt. Die erzeugte elektrische Leistung P_FC bleibt jedoch aufgrund einer trägheitsbedingten oder anderweitig verursachten verzögerten Reaktion des Luftkompressors 138 hinter der erforderlichen erzeugten elektrischen Leistung P_FCR zurück, und damit fällt der externe elektrische Versorgungsleistungsanteil P₀ der erzeugten elektrischen Leistung P_FC hinter die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP (extern erforderliche elektrische Leistung P_ORQ) zurück. Dementsprechend erreicht der externe elektrische Versorgungsleistungsanteil P₀ der erzeugten elektrischen Leistung P_FC im Zeitraum T2 bis T3 nicht die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP, wenn beispielsweise die Antriebsart (Betriebsart) zum Zeitpunkt T2 von „Startvorbereitung“ auf „Normale elektrische Leistungserzeugung“ wechselt. Außerdem erreicht der externe elektrische Versorgungsleistungsanteil P₀ der erzeugten elektrischen Leistung P_FC im Zeitraum T4 bis T5 nicht die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP, wenn die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP zum Zeitpunkt T4 schnell ansteigt. Im Zeitraum T2 bis T3 und im Zeitraum T4 bis T5 wird das elektrische Leistungsdefizit durch die aus der Sekundärbatterie 140 entladene elektrische Leistung ausgeglichen. Da die extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP gemäß vorliegender Ausführungsform gleich oder kleiner ist als die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW, ist die Differenz (Defizit) zwischen der erforderlichen extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP und dem externen elektrischen Versorgungsleistungsanteil Po der erzeugten elektrischen Leistung P_FC gleich oder kleiner als der obere Grenzwert P_Wout der aus der Sekundärbatterie 140 entladenen elektrischen Leistung. Dementsprechend kann der Wert der aus der Sekundärbatterie 140 entladenen elektrischen Leistung auf den elektrischen Leistungswert des Defizits erhöht werden. Dann ist es möglich, einen Abfall der tatsächlichen extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP zu verhindern, wobei der elektrische Leistungswert des Defizits den oberen Grenzwert P_Wout überschreitet und der Wert der aus der Sekundärbatterie 140 entladenen elektrischen Leistung nicht bis zum Spannungswert des Defizits zu steigen vermag.
Der externe elektrische Versorgungsleistungsanteil P₀ der erzeugten elektrischen Leistung P_FC übersteigt im Zeitraum T6 bis T7 die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP, wenn beispielsweise die erforderliche erzeugte elektrische Leistung P_FCR schnell abfällt und zum Zeitpunkt T6 den Wert Null erreicht. In diesem Zeitraum wird die Sekundärbatterie 140 mit der überschüssigen elektrischen Leistung aufgeladen. Da die extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP gemäß vorliegender Ausführungsform gleich oder kleiner ist als die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW, ist die Differenz (Defizit) zwischen dem externen elektrischen Versorgungsleistungsanteil Po der erzeugten elektrischen Leistung P_FC und der erforderlichen extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP gleich oder kleiner als die zulässige elektrische Ladeleistung P_Win der in die Sekundärbatterie 140 geladenen elektrischen Leistung. Dementsprechend kann der Wert der in die Sekundärbatterie 140 geladenen elektrischen Leistung auf den überschüssigen elektrischen Leistungswert erhöht werden. Dies ermöglicht die Verhinderung einer Verschlechterung der Verbrauchswerte, die verursacht wird, wenn die Sekundärbatterie 140 nicht vollständig mit überschüssiger elektrischer Leistung aufgeladen wird, und die Verhinderung einer Beschädigung der Sekundärbatterie 140 bei Überschreiten der zulässigen elektrischen Ladeleistung P_Win.
Die extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP gemäß vorliegender Ausführungsform ist gleich oder kleiner als die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW, und damit ist die extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP in der Betriebsart der normalen elektrischen Leistungserzeugung gleich oder kleiner als der Ausgangsgrenzwert P_LIM der von der Brennstoffzelle 110 erzeugten elektrischen Leistung. Dementsprechend kann der Wert der von der Brennstoffzelle 110 erzeugten elektrischen Leistung P_FC auf den Wert der erforderlichen extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP erhöht werden. Dann ist es möglich, ein Absinken des elektrischen Energiespeicherbetrags (Ladezustand, SOC) der Sekundärbatterie 140 zu verhindern, wenn der Wert der erzeugten elektrischen Leistung P_FC infolge einer Leistungsausgangsbegrenzung der Brennstoffzelle 110 nicht auf den Wert der erforderlichen extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP erhöht werden kann und die elektrische Ausgangsleistung von der Sekundärbatterie 140 bereitgestellt wird. Darüber hinaus ist es möglich, ein Absinken der elektrischen Ausgangsleistung und ein auf ein Absinken des elektrischen Energiespeicherbetrags (Ladezustand, SOC) der Sekundärbatterie 140 zurückzuführendes Absinken der tatsächlichen extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP zu verhindern. Darüber hinaus lässt sich eine Beschädigung von Komponenten wie des BAT-Boostkonverters 134 gemäß obiger Beschreibung verhindern, da die extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP gemäß der vorliegenden Ausführungsform gleich oder kleiner ist als die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW.
Gemäß dem Brennstoffzellenfahrzeug 10 der vorliegenden, oben beschriebenen Ausführungsform wird der Wert der extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP durch die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW reguliert, und damit lässt sich der Schwankungsbereich der extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP durch das Laden und Entladen der Sekundärbatterie abdecken. Dementsprechend kann ein Defizit an erzeugter elektrischer Leistung durch die aus der Sekundärbatterie 140 entladene elektrische Leistung selbst dann ausreichend kompensiert werden, wenn die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP schnell ansteigt. Darüber hinaus kann die Sekundärbatterie 140 mit dem Überschuss an erzeugter elektrischer Leistung selbst dann ausreichend geladen werden, wenn die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP schnell abfällt. Dementsprechend kann eine elektrische Leistungsversorgung für den externen Verbraucher 200 selbst dann stabil sein, wenn ein Anstieg oder Abfall der von der Brennstoffzelle 110 erzeugten elektrischen Leistung in Bezug auf einen Anstieg oder Abfall der erforderlichen extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP verzögert ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann zudem der Schwankungsbereich der extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP in der Betriebsart „Normale elektrische Leistungserzeugung“ der zulässige Ausgangsbereich der Brennstoffzelle 110 sein, da der Wert der extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP durch die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW reguliert wird. Dementsprechend ist es möglich, ein Absinken des elektrischen Energiespeicherbetrags (Ladezustand, SOC) zu verhindern, indem die Leistungsabgabe der Sekundärbatterie 140 beispielsweise in einem Normalzustand unterbunden wird. Darüber hinaus kann ein auf ein Absinken der Leistungsabgabe der Sekundärbatterie 140 zurückzuführendes Absinken der tatsächlichen extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP verhindert werden.
B. Abwandlungsbeispiel:
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann in verschiedenen Ausgestaltungen realisiert werden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise sind die folgenden Abwandlungen denkbar.
B-1. Erstes Abwandlungsbeispiel:
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfassen die zur Berechnung der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung P_ALW verwendeten Gleichungen (2) und (4) die bereitstellbare elektrische Leistung P_POS. Die bereitstellbare elektrische Leistung P_POS muss jedoch in den Gleichungen (2) und (4) nicht enthalten sein. Auch der Ausgangsleistungsgrenzwert P_LIM muss in Gleichung (4) nicht enthalten sein. Der Schwankungsbereich der extern bereitgestellten elektrischen Leistung P_SUP kann auch in solchen Fällen durch das Laden und Entladen der Sekundärbatterie abgedeckt werden. Dementsprechend kann ein Defizit an erzeugter elektrischer Leistung durch die aus der Sekundärbatterie 140 entladene elektrische Leistung selbst dann ausreichend kompensiert werden, wenn die erforderliche extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP schnell ansteigt. Darüber hinaus kann die Sekundärbatterie 140 mit dem Überschuss an erzeugter elektrischer Leistung selbst dann ausreichend geladen werden, wenn die extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP schnell abfällt.
B-2. Zweites Abwandlungsbeispiel:
Gemäß dieser Ausführungsform steuert die Steuervorrichtung 180 die externe elektrische Leistungsversorgungseinheit 170 so an, dass die extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW nicht übersteigt. Es ist jedoch nicht notwendig, dass die Steuervorrichtung 180 die externe elektrische Leistungsversorgungseinheit 170 so steuert, dass die extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW nicht übersteigt. Die extern erforderliche elektrische Leistung P_ORQ, die in der erforderlichen elektrischen Erzeugungsleistung P_FCRQ der Brennstoffzelle 110 enthalten ist, ist auch in diesem Fall gleich oder kleiner als die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW, und damit kann die Steuervorrichtung 180 die elektrische Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 110 so steuern, dass die extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP gleich oder kleiner ist als die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW.

Claims

Verfahren zum Steuern eines externen elektrischen Leistungsversorgungssystems (100), das eine elektrische Leistung aus einer an einem Fahrzeug montierten Brennstoffzelle (110) und Sekundärbatterie (140) an einen externen Verbraucher (200) liefert, wobei: die elektrische Leistungserzeugung der Brennstoffzelle (110) und das Laden und Entladen der Sekundärbatterie (140) dergestalt gesteuert werden, dass eine extern bereitgestellte elektrische Leistung P_SUP als eine aus der Brennstoffzelle (110) und der Sekundärbatterie (140) an den externen Verbraucher (200) gelieferte elektrische Leistung gleich oder kleiner ist als die zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW; dadurch gekennzeichnet, dass: i) ein oberer Grenzwert der in die Sekundärbatterie (140) geladenen elektrischen Leistung, der entsprechend einer Temperatur und einem elektrischen Energiespeicherbetrag der Sekundärbatterie (140) eingestellt ist, als P_Win definiert ist, ii) ein oberer Grenzwert der aus der Sekundärbatterie (140) entladenen elektrischen Leistung, der entsprechend der Temperatur und dem elektrischen Energiespeicherbetrag der Sekundärbatterie (140) eingestellt ist, als P_Wout definiert ist, und ein Wert der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung P_ALW auf einen Wert eingestellt wird, der gleich oder kleiner als P_Wout ist, wenn P_Wout kleiner ist als P_Win, und auf einen Wert, der gleich oder kleiner als P_Win ist, wenn P_Win kleiner ist als P_Wout.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wert der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung P_ALW auf einen Wert gleich oder kleiner als der kleinste der folgenden Werte eingestellt wird: i) der obere Grenzwert P_Win der in die Sekundärbatterie (140) geladenen elektrischen Leistung, ii) der obere Grenzwert P_Wout der aus der Sekundärbatterie (140) entladenen elektrischen Leistung und iii) ein oberer Grenzwert der von der Brennstoffzelle (110) erzeugten elektrischen Leistung, wenn die Brennstoffzelle (110) in einem Zustand ist, in dem die Brennstoffzelle (110) in der Lage ist, die erzeugte elektrische Leistung an den externen Verbraucher (200) zu liefern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wert der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung auf einen Wert gleich oder kleiner als der kleinste der folgenden Werte eingestellt wird: i) der obere Grenzwert P_Win der in die Sekundärbatterie (140) geladenen elektrischen Leistung, ii) der obere Grenzwert Pwout der aus der Sekundärbatterie (140) entladenen elektrischen Leistung, und iv) ein oberer Grenzwert der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung, bei dem eine Größenordnung von elektrischer Energie, die eine Leistungswandlungseinheit durchfließt, die eine von der Brennstoffzelle (110) erzeugte elektrische Leistung in die extern bereitgestellte elektrische Leistung wandelt, gleich oder kleiner als ein oberer Grenzwert ist, der so eingestellt ist, dass die Leistungswandlungseinheit geschützt ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Wert der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung auf einen Wert gleich oder kleiner als der kleinste der folgenden Werte eingestellt wird: i) der obere Grenzwert P_Win der in die Sekundärbatterie (140) geladenen elektrischen Leistung, ii) der obere Grenzwert Pwout der aus der Sekundärbatterie (140) entladenen elektrischen Leistung, iii) der Ausgangsgrenzwert P_LIM der von der Brennstoffzelle (110) erzeugten elektrischen Leistung, und iv) ein oberer Grenzwert der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung, bei dem eine Größenordnung von elektrischer Energie, die eine Leistungswandlungseinheit durchfließt, welche die von der Brennstoffzelle (110) erzeugte elektrische Leistung in die extern bereitgestellte elektrische Leistung wandelt, gleich oder kleiner als ein oberer Grenzwert ist, der so eingestellt ist, dass die Leistungswandlungseinheit geschützt ist, wenn die Brennstoffzelle (110) sich in einem Zustand befindet, in dem die Brennstoffzelle (110) in der Lage ist, die erzeugte elektrische Leistung an den externen Verbraucher (200) zu liefern.
Externes elektrisches Leistungsversorgungssystem, das elektrische Leistung aus einer an einem Fahrzeug montierten Brennstoffzelle (110) und Sekundärbatterie (140) an einen externen Verbraucher (200) liefert, wobei das externe elektrische Leistungsversorgungssystem eine Steuervorrichtung (180) umfasst, die eine elektrische Leistungserzeugung der Brennstoffzelle (110) und ein Laden und Entladen der Sekundärbatterie (140) so steuert, dass eine extern bereitgestellte Leistung P_SUP als eine aus der Brennstoffzelle (110) und Sekundärbatterie (140) an den externen Verbraucher (200) gelieferte elektrische Leistung gleich oder kleiner als eine zulässige elektrische Versorgungsleistung P_ALW ist, dadurch gekennzeichnet, dass: i) ein oberer Grenzwert der in die Sekundärbatterie (140) geladenen elektrischen Leistung, der entsprechend einer Temperatur und einem elektrischen Energiespeicherbetrag der Sekundärbatterie (140) eingestellt ist, als P_Win definiert ist, ii) ein oberer Grenzwert der aus der Sekundärbatterie (140) entladenen elektrischen Leistung, der entsprechend der Temperatur und dem elektrischen Energiespeicherbetrag der Sekundärbatterie (140) eingestellt ist, als Pwout definiert ist, und die Steuervorrichtung (180) einen Wert der zulässigen elektrischen Versorgungsleistung P_ALW auf einen Wert einstellt, der gleich oder kleiner als Pwout ist, wenn Pwout kleiner ist als P_Win, und auf einen Wert, der gleich oder kleiner als P_Win ist, wenn P_Win kleiner ist als P_Wout.