DE102015224227A1 - Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs und Verfahren zum Steuern desselben - Google Patents

Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs und Verfahren zum Steuern desselben Download PDF

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Abstract

Ein Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs ist vorgesehen. Das Leistungsnetzsystem umfasst eine Brennstoffzelle und eine über einen Hauptbus parallel geschaltete Hochspannungsbatterieeinheit und eine erste Schalteinheit, die eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen einem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und dem Hauptbus zu bilden und zu blockieren. Zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der ersten Schalteinheit zweigt eine Lastvorrichtung ab und ist dort angeschlossen. Eine Rückstrom-Sperreinheit ist zwischen der ersten Schalteinheit und einem Knoten, von dem die Lastvorrichtung abzweigt, angeschlossen. Eine zweite Schalteinheit ist eingerichtet, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der Lastvorrichtung zu bilden und zu blockieren. Eine Steuerung betreibt die erste und die zweite Schalteinheit und stellt den elektrischen Verbindungszustand zwischen dem Hauptbus und der Hochspannungsbatterieeinheit ein.

Description

  • HINTERGRUND
  • Gebiet der Offenbarung
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs und ein Verfahren zum Steuern desselben und insbesondere ein Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs, das ein Risiko einer Gefährdung durch eine hohe Spannung verhindert, indem eine Spannung eines Brennstoffzellenstapels in einer gefährlichen Situation wie eine Kollision schnell entfernt wird, und ein Verfahren zum Steuern desselben.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Ein Brennstoffzellensystem, das bei einem Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeug als eines von umweltfreundlichen Fahrzeugen eine Anwendung findet, umfasst einen Brennstoffzellenstapel, der eingerichtet ist, um elektrische Energie aus einer elektrochemischen Reaktion von Reaktionsgas zu erzeugen; eine Wasserstoffversorgungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um Wasserstoff als Brennstoff an den Brennstoffzellenstapel zuzuführen; eine Luftversorgungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um Sauerstoff enthaltende Luft an den Brennstoffzellenstapel zuzuführen, wobei der Sauerstoff als ein für eine elektrochemische Reaktion erforderliches Oxidationsmittel dient; und ein Wärme- und Wasser-Management-System, das eingerichtet ist, um die Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels auf eine optimale Temperatur einzustellen, indem Wärme als ein Nebenprodukt der elektrochemischen Reaktion des Brennstoffzellenstapels nach außen abgeführt/abgegeben wird, und um eine Wasserregelungsfunktion durchzuführen.
  • Eine Brennstoffzellenlastvorrichtung zum Verringern und Entfernen der Spannung des Brennstoffzellenstapels ist mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden, um Sauerstoff innerhalb des Brennstoffzellenstapels zu entfernen, während das Brennstoffzellenfahrzeug gestoppt ist oder nach dem Start des Brennstoffzellenfahrzeugs. Der an dem Brennstoffzellenstapel eingeführte Sauerstoff wird mit restlichem Wasserstoff der Anode entfernt, während der Strom durch die Brennstoffzellenlastvorrichtung verbraucht wird. Wenn die Anode keinen Wasserstoff mehr aufweist, kann Sauerstoff nicht verbraucht werden. Somit, um eine solche Situation zu verhindern, wird die Technologie zum Aufwecken (Wakeup-Technologie) verwendet, um Wasserstoff periodisch an die Anode zuzuführen.
  • Mit anderen Worten benötigt das Brennstoffzellenfahrzeug im Gegensatz zu der Brennkraftmaschine einen separaten Folgeprozess zum Verringern der Spannung des Brennstoffzellenstapels durch Entfernen von verbleibender Luft innerhalb des Brennstoffzellenstapels nach einem Losfahren. Dementsprechend können die Verschlechterung des Brennstoffzellenstapels und ein Risiko einer Gefährdung durch eine hohe Spannung verhindert werden. Wenn eine Spannung gebildet wird, wenn Sauerstoff in der Anode vorhanden ist, tritt eine Kohlenstoffkorrosion an der Kathode auf. Somit benötigt das Brennstoffzellenfahrzeug einen Prozess/Vorgang zum Beseitigen von Sauerstoff innerhalb des Brennstoffzellenstapels, Verhindern einer zusätzlichen und Entfernen von Sauerstoff, der zwangsläufig eingeführt wird.
  • Wenn eine gefährliche Situation wie eine Kollision auftritt, wird das herkömmliche Brennstoffzellenfahrzeug gezwungen, die Brennstoffzellenlastvorrichtung zu verwenden, um die Spannung des Brennstoffzellenstapels zu verringern, wodurch ein Risiko einer Gefährdung durch eine hohe Spannung verhindert wird. Das herkömmliche Brennstoffzellenfahrzeug verbindet nur die Lastvorrichtung mit dem Brennstoffzellenstapel, um die Spannung der Brennstoffzelle zu verringern. Das Verfahren weist keinen Unterschied zu einem Nachfolgeprozess zum Verringern der Spannung der Brennstoffzelle nach dem Losfahren in einem normalen Zustand auf. Somit, da das herkömmliche Brennstoffzellenfahrzeug keine separate Vorrichtung zum Verringern der Spannung der Brennstoffzelle im Falle einer Notsituation, wie eine Kollision, aufweist, kann die Hochspannung nicht schnell entfernt werden. Weiterhin, da die Brennstoffzelle in dem Hochspannungszustand freigelegt sein kann, besteht nach wie vor ein Risiko, wie beispielsweise ein elektrischer Schlag.
  • Das Vorstehende ist lediglich dazu vorgesehen, das Verständnis des Hintergrundes der vorliegenden Offenbarung zu fördern, und soll nicht heißen, dass die vorliegende Offenbarung innerhalb des Bereichs des Standes der Technik liegt, der einem Durchschnittsfachmann bereits bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Offenbarung stellt bereit ein Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs, das in der Lage ist, ein Risiko einer Gefährdung durch eine hohe Spannung durch schnelles Entfernen einer Spannung eines Brennstoffzellenstapels im Falle einer gefährlichen Situation, wie beispielsweise eine Kollision, zu verhindern, und ein Verfahren zum Steuern desselben.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann ein Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs umfassen: eine Brennstoffzelle und eine über einen Hauptbus parallel geschaltete Hochspannungsbatterieeinheit; eine erste Schalteinheit, die eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen einem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und dem Hauptbus zu bilden/blockieren; eine Lastvorrichtung, die zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der ersten Schalteinheit abzweigt und angeschlossen ist; eine Rückstrom-Sperreinheit, die zwischen der ersten Schalteinheit und einem Knoten, von dem die Lastvorrichtung abzweigt, angeordnet ist; eine zweite Schalteinheit, die eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der Lastvorrichtung zu bilden/blockieren; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um die erste und die zweite Schalteinheit zu betreiben und den elektrischen Verbindungszustand zwischen dem Hauptbus und der Hochspannungsbatterieeinheit einzustellen, um zu bewirken, dass die Leistung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle durch die Lastvorrichtung und einen Ladevorgang der Hochspannungsbatterie verbraucht wird, wenn ein voreingestelltes Ereignis auftritt.
  • Wenn ein voreingestelltes gefährliches Ereignis auftritt, kann die Steuerung eingerichtet sein, um die Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff an die Brennstoffzelle vor einem Betreiben der ersten und der zweiten Schalteinheit zu blockieren. Zusätzlich, wenn das voreingestellte gefährliche Ereignis auftritt, kann die Steuerung eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob die Hochspannungsbatterieeinheit geladen werden kann. Wenn die Hochspannungsbatterieeinheit geladen werden kann, kann die Steuerung eingerichtet sein, um die erste und zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, und um einen Hochspannungswandler in der Hochspannungsbatterieeinheit zu betreiben, um die Spannung des Hauptbusses zu verringern. Wenn die Hochspannungsbatterieeinheit nicht geladen werden kann, kann die Steuerung eingerichtet sein, um die erste Schalteinheit zu betreiben, um geöffnet zu werden, die zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, und die elektrische Verbindung zwischen der Hochspannungsbatterieeinheit und dem Hauptbus zu blockieren. Wenn die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle kleiner als eine voreingestellte Spannung wird, kann die Steuerung eingerichtet sein, um die erste und die zweite Schalteinheit zu betreiben, um geöffnet zu werden, und die elektrische Verbindung zwischen der Hochspannungsbatterieeinheit und dem Hauptbus zu blockieren.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann ein Verfahren zum Steuern eines Leistungsnetzsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs umfassen: Erfassen/Abtasten, durch eine Steuerung, ob ein voreingestelltes gefährliches Ereignis auftritt; Bestimmen, durch die Steuerung, ob eine Hochspannungsbatterieeinheit, die zu einer Brennstoffzelle über einen Hauptbus parallelgeschaltet ist, geladen werden kann; und Bilden, durch die Steuerung, einer elektrischen Verbindung zwischen einem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und einer Lastvorrichtung und einer elektrischen Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und der Hochspannungsbatterieeinheit in Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die Hochspannungsbatterieeinheit geladen werden kann. Die Leistung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle kann durch die Lastvorrichtung und einen Ladevorgang der Hochspannungsbatterieeinheit verbraucht werden.
  • Ferner kann die Steuerung eingerichtet sein, um einen Hochspannungswandler in der Hochspannungsbatterieeinheit zu betreiben, um die Spannung des Hauptbusses zu verringern, wenn bestimmt wird, ob die Hochspannungsbatterieeinheit geladen werden kann. Das Verfahren kann ferner umfassen ein Bilden, durch die Steuerung, der elektrischen Verbindung zwischen dem Brennstoffzellen-Ausgangsanschluss und der Lastvorrichtung und Blockieren der elektrischen Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und der Hochspannungsbatterieeinheit in Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die Hochspannungsbatterieeinheit nicht geladen werden kann. Das Verfahren kann ferner umfassen ein Blockieren, durch die Steuerung, von an die Brennstoffzelle zugeführtem Wasserstoff und Sauerstoff vor einem Bestimmen, ob die Hochspannungsbatterieeinheit geladen werden kann.
  • Das Verfahren kann ferner umfassen: Vergleichen, durch die Steuerung, der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle mit einer voreingestellten Spannung nach Bilden der elektrischen Verbindungen; und Blockieren, durch die Steuerung, der elektrischen Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der Lastvorrichtung, der elektrischen Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und dem Hauptbus und der elektrischen Verbindung zwischen der Hochspannungsbatterieeinheit und dem Hauptbus in Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle kleiner als die voreingestellte Spannung ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird ein Verfahren zum Steuern eines Leistungsnetzsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs bereitgestellt. Insbesondere wenn ein voreingestelltes gefährliches Ereignis auftritt, kann eine Steuerung eingerichtet sein, um eine elektrische Verbindung zwischen einem Ausgangsanschluss einer Brennstoffzelle und einer Lastvorrichtung und eine elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und einer über einen Hauptbus zu der Brennstoffzelle parallel geschalteten Hochspannungsbatterieeinheit zu bilden, um zu bewirken, dass eine Leistung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle durch die Lastvorrichtung und einen Ladevorgang der Hochspannungsbatterieeinheit verbraucht wird.
  • Gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung können das Leistungsnetzsystem des Brennstoffzellenfahrzeugs und das Verfahren zum Steuern desselben eine verbleibende Leistung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle schneller und effizienter entfernen, als wenn nur die Lastvorrichtung verwendet wird, um die verbleibende Leistung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle zu entfernen. Somit können das Leistungsnetzsystem des Brennstoffzellenfahrzeugs und das Verfahren zum Steuern desselben die Hochspannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle schnell verringern, wenn ein Unfall durch Kollision des Brennstoffzellenfahrzeugs auftritt, wodurch ein Unfall, wie beispielsweise ein elektrischer Schlag, verhindert wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher. In den Figuren zeigen:
  • 1 ein Konfigurationsdiagramm, das ein Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
  • 2 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Leistungsnetzsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Es versteht sich, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z. B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, wasserstoffgetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
  • Obwohl das Ausführungsbeispiel derart beschrieben wird, dass es eine Mehrzahl von Einheiten verwendet, um den beispielhaften Prozess durchzuführen, versteht es sich, dass die beispielhaften Prozesse ebenfalls durch ein oder eine Mehrzahl von Modulen durchgeführt werden können. Darüber hinaus versteht es sich, dass sich der Ausdruck Steuerung/Steuereinheit auf eine Hardware-Vorrichtung bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor umfasst. Der Speicher ist eingerichtet, um die Module zu speichern, und der Prozessor ist insbesondere eingerichtet, um die besagten Module auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, die weiter unten beschrieben werden.
  • Darüber hinaus kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nichtflüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt werden, das ablauffähige Programmbefehle umfasst, die durch einen Prozessor, eine Steuerung/Steuereinheit oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele von computerlesbaren Speichermedien umfassen in nicht einschränkender Weise ROM, RAM, Compact-Disc(CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppydisks, Flash-Laufwerke, Smart Cards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenfalls in netzgekoppelten Computersystemen dezentral angeordnet sein, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network (CAN).
  • Die hierin verwendete Terminologie ist zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen vorgesehen und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung einzuschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen ”ein”, ”eine/einer” und ”der/die/das” dazu vorgesehen, dass sie ebenso die Pluralformen umfassen, wenn aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke ”aufweisen” und/oder ”aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einen oder mehreren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck ”und/oder” jede und sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgeführten Elemente.
  • Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 zeigt ein Konfigurationsdiagramm, das ein Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt. Unter Bezugnahme auf 1 kann das Leistungsnetzsystem des Brennstoffzellenfahrzeugs umfassen eine Brennstoffzelle 11 und eine über einen Hauptbus 12 parallel geschaltete Hochspannungsbatterieeinheit 21; eine erste Schalteinheit 13, die eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen einem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 und dem Haupt-Bus 12 zu bilden und zu blockieren; eine Lastvorrichtung 15, die zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 und der ersten Schalteinheit 13 abzweigt und angeschlossen ist; eine zweite Schalteinheit 17, die eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 und der Lastvorrichtung 15 zu bilden und zu blockieren; und eine Steuerung 19, die eingerichtet ist, um die erste und die zweite Schalteinheit 13 und 17 zu betreiben und um den elektrischen Verbindungszustand zwischen dem Haupt-Bus 12 und der Hochspannungsbatterieeinheit 21 einzustellen.
  • Das Leistungsnetzsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann eine Rückstrom-Sperreinheit D zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 und der ersten Schalteinheit 13 umfassen. Insbesondere kann die Rückstrom-Sperreinheit D zwischen der ersten Schalteinheit 13 und einem und einem Knoten, von dem die Lastvorrichtung 15 abzweigt, angeordnet sein. Die Rückstrom-Sperreinheit D kann eingerichtet sein, um einen Stromfluss an den Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 und die Lastvorrichtung 15 von dem Haupt-Bus 12 zu blockieren, wenn die erste Schalteinheit 13 kurzgeschlossen ist. Die Rückstrom-Sperreinheit D kann umfassen eine Diode D, deren Anode und Kathode mit dem abzweigenden Knoten N der Lastvorrichtung beziehungsweise der ersten Schalteinheit 13 verbunden sein können.
  • Die Hochspannungsbatterieeinheit 21 kann als eine Hilfsleistungsquelle des Brennstoffzellenfahrzeugs unter Verwendung der Brennstoffzelle 11 als eine Hauptleistungsquelle arbeiten. Die Hochspannungs-Batterieeinheit 21 kann umfassen eine Hochspannungsbatterie 211, die eingerichtet ist, um Energie zu speichern, und einen Zweiwege-Hochspannungswandler 213, der eingerichtet ist, um einen Ausgang der Hochspannungsbatterie 211 in eine Spannung umzuwandeln/umzusetzen und die Spannung an den Hauptbus 12 bereitzustellen oder um einen Leistungseingang von dem Hauptbus 12 in eine Spannung umzuwandeln/umzusetzen und die Spannung an die Hochspannungsbatterie 211 bereitzustellen, um die Hochspannungsbatterie 211 zu laden. Die Hochspannungsbatterie 211 kann umfassen eine Schalteinheit, wie beispielsweise ein Relais. Der offene Zustand/Kurzschlusszustand der Schalteinheit in der Hochspannungsbatterie 211 kann durch die Steuerung 19 eingestellt werden. Somit kann die elektrische Verbindung zwischen der Hochspannungsbatterie 211 und dem Hauptbus 12 gebildet/blockiert werden.
  • Der Hochspannungswandler 213 kann umfassen eine Mehrzahl von Schaltelementen, die durch Pulsweitenmodulation (PWM) gesteuert sein können, um die Größe einer während des Spannungsumwandlungsprozesses umgewandelten Spannung zu bestimmen. Die Mehrzahl von Schaltelementen in dem Hochspannungswandler 213 kann durch Pulsweitenmodulation durch die Steuerung 19 gesteuert werden und die elektrische Verbindung zwischen der Hochspannungsbatterie 211 und dem Hauptbus 12 kann durch den Betrieb der Schaltelemente gebildet/blockiert werden.
  • In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 23 eine Antriebsmotoreinheit. Die Antriebsmotoreinheit 23 kann eingerichtet sein, um Leistung unter Verwendung der Spannung, die von der als eine Hauptstromversorgung arbeitenden Brennstoffzelle 11 oder der als eine Hilfsstromversorgung arbeitenden Hochspannungs-Batterieeinheit 21 bereitgestellt wird, zu erzeugen. Die Antriebsmotoreinheit 23 kann umfassen einen Wechselrichter (Inverter) 231, der eingerichtet ist, um eine von dem Hauptbus 12 eingegebene Gleichstrom-(direct current – DC)Leistung in eine Wechselstrom-(alternating current – AC)Leistung umzuwandeln, und einen Antriebsmotor 233, der der durch die von dem Wechselrichter 231 bereitgestellte Wechselstromleistung (AC-Leistung) angetrieben wird.
  • 1 stellt dar, dass die Schalteinheiten 13 und 17 Relais zum Kurzschließen/Öffnen einer Verbindung zwischen Knoten durch das elektromagnetische Induktionsverfahren sind. Jedoch können die Schalteinheiten 13 und 17 durch verschiedene Arten von steuerbaren Schalteinheiten, die im Stand der Technik eine Anwendung finden, ersetzt werden. Das Bezugszeichen 25 stellt eine Vielfalt von Hochspannungszubehör/Hochspannungszubehörteilen dar, die mit dem Hauptbus 12 verbunden sind und eine Hochspannung verwenden, und die Bezugszeichen 31 und 33 stellen Spannungssensoren dar, die eingerichtet sind, um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 und die Spannung des Hauptbusses 12 zu erfassen.
  • In dem Leistungsnetzsystem des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, wenn ein voreingestelltes bestimmtes Ereignis wie eine Fahrzeugkollision auftritt, kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die erste und die zweite Schalteinheit 13 und 17 zu betreiben und um die Hochspannungsbatterieeinheit 21 einzustellen, um zu bewirken, dass die Leistung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 durch die Lastvorrichtung 15 verbraucht wird und gleichzeitig durch Laden der Hochspannungsbatterieeinheit verbraucht wird. Demzufolge, wenn sich das Brennstoffzellenfahrzeug gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung in einer gefährlichen Situation wie einem Unfall durch Kollision befindet, kann die Leistung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 durch die Lastvorrichtung 15 verbraucht werden und gleichzeitig durch Laden der Hochspannungsbatterie 211 in der Hochspannungsbatterieeinheit 21 verbraucht werden. Somit kann die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 schneller reduziert werden.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zum Steuern des Leistungsnetzsystems des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ausführlich beschrieben.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Steuern eines Leistungsnetzsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt. Das in 2 dargestellte Steuerverfahren kann durchgeführt werden, wenn ein gefährliches Ereignis wie ein Auffahrunfall/Unfall durch Kollision des Brennstoffzellenfahrzeugs auftritt. Wenn ein gefährliches Ereignis wie ein Auffahrunfall auftritt, kann der Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 gegenüber einem externen Gerät oder dem menschlichen Körper freigelegt werden/sein. Ein solches gefährliches Ereignis kann durch verschiedene innerhalb des Fahrzeugs eingebaute Sensoren (nicht dargestellt) erfasst/abgetastet werden. Die verschiedenen Sensoren können einen Schocksensor/Erschütterungssensor umfassen. Wenn durch die Sensoren erfasste Informationen in die Steuerung 19 eingegeben werden, kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um zu überprüfen, ob ein gefährliches Ereignis aufgetreten ist.
  • Unter Bezugnahme auf 2, wenn ein voreingestelltes gefährliches Ereignis in Schritt S103 auftritt, während das Brennstoffzellenfahrzeug mit dem Leistungsnetzsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung in Schritt S101 normal betrieben wird, kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um in Schritt S105 an den Stapel der Brennstoffzelle 11 zugeführten Wasserstoff und Sauerstoff zu blockieren und um den Betrieb der Brennstoffzelle 11 zu stoppen. In Schritt S101 kann eine Leistungsabgabe von der Brennstoffzelle 11 an die Antriebsmotoreinheit 23 über den Hauptbus 12 bereitgestellt werden, wenn die erste Schalteinheit 13 kurzgeschlossen wird und die zweite Schalteinheit 17 geöffnet wird. Weiterhin kann in Schritt S105 die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die Leistung des Antriebsmotors 233 in der Antriebsmotoreinheit 23 auf Null einzustellen.
  • Dann kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob die Hochspannungsbatterieeinheit 21 in Schritt S107 geladen werden kann. In Schritt S107 zum Bestimmen, ob die Hochspannungsbatterieeinheit 21 geladen werden kann, kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um Informationen in Bezug darüber zu empfangen, ob der Hochspannungswandler 213 oder die Hochspannungsbatterie 211 der Hochspannungs-Batterieeinheit 21 eine Störung haben (ob beispielsweise ein Fehler oder Ausfall aufgetreten ist), oder ob der Ladezustand (state of charge – SOC) der Hochspannungsbatterie 211 übermäßig hoch ist.
  • In Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die Hochspannungsbatterie geladen werden kann, kann in Schritt S109 die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die erste Schalteinheit 13 und die zweite Schalteinheit 17 zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, und um den Hochspannungswandler 213 zu betreiben, um die Hochspannungsbatterie 211 in der Hochspannungsbatterieeinheit 21 zu laden, um somit die Spannung des Hauptbusses 12 zu verringern. Insbesondere kann der Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 elektrisch mit der Lastvorrichtung 15 und der Hochspannungsbatterieeinheit 21 verbunden werden und die Spannung des Hauptbusses 12 kann reduziert werden. Somit kann die in dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 verbleibende Leistung entfernt werden, während die Leistung durch die Lastvorrichtung 15 verbraucht wird, und die Hochspannungsbatterie 211 der Hochspannungsbatterieeinheit 21 kann geladen werden.
  • In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann die verbleibende Leistung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 schneller und wirksamer entfernt werden, als wenn nur die Lastvorrichtung 15 verwendet wird, um die verbleibende Leistung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 zu entfernen. Somit, wenn ein Unfall durch Kollision auftritt, kann die Hochspannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 schneller reduziert werden, um einen Unfall wie einen elektrischen Schlag zu verhindern.
  • In einem gewöhnlichen Brennstoffzellenfahrzeug sind die Brennstoffzelle und die Lastvorrichtung in einem Motorraum vorhanden, aber die Hochspannungsbatterieeinheit ist im Unterboden angeordnet. Mit anderen Worten ist die Hochspannungsbatterieeinheit an einer sichereren Position als die Brennstoffzelle angeordnet. Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung berücksichtigt die Notwendigkeit, eine Hochspannung der Brennstoffzelle, die viel größer als die der Hochspannungsbatterie ist, schneller zu entfernen, auf der Grundlage der Anordnungsstruktur der Brennstoffzelle und der Hochspannungsbatterieeinheit des gewöhnlichen Brennstoffzellenfahrzeugs. Demzufolge können die Hochspannungsbatterie und der Hochspannungswandler in einem Bereich angeordnet sein, wo es wahrscheinlich ist, dass die Hochspannungsbatterie und der Hochspannungswandler selbst während eines Unfalls durch Kollision normal (z. B. ohne Störung) betrieben werden können. Somit stellt das Entfernen der verbleibenden Spannung der Brennstoffzelle durch den Ladevorgang der Hochspannungsbatterie während eines Unfalls durch Kollision eine realistische und sichere Vorgehensweise dar.
  • Weiterhin kann, in Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die Hochspannungsbatterieeinheit nicht geladen werden kann, die Steuerung 19 in Schritt S111 eingerichtet sein, um die erste Schalteinheit 13 zu betreiben, um geöffnet zu werden, und um die zweite Schalteinheit 17 zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden. Durch die Steuerung der Steuerung 19 kann eine elektrische Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 11 und der Lastvorrichtung 15 gebildet werden und die elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle 11 und der Hochspannungsbatterieeinheit 21 kann blockiert werden. Insbesondere kann in Schritt S111 die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die Verbindung zwischen der Hochspannungsbatterieeinheit 21 und dem Hauptbus 12 zu blockieren. Während des Prozesses zum Blockieren der elektrischen Verbindung zwischen der Hochspannungsbatterieeinheit 21 und dem Hauptbus 12 kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um ein in der Hochspannungsbatterie 211 gebildetes Relais (nicht dargestellt) zu betreiben/betätigen, um die Verbindung zwischen der Hochspannungsbatterie 211 und dem Hochspannungswandler 213 zu blockieren, oder um die Schaltelemente in dem Hochspannungswandler 213 zu betreiben, um die Hochspannungsbatterie 211 und den Hauptbus 12 voneinander elektrisch zu isolieren. Beide der Verfahren können angewendet werden.
  • Darüber hinaus kann die Steuerung 19 in Schritt S113 eingerichtet sein, um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 mit einer voreingestellten Spannung V1 zu vergleichen und um zu bestimmen, ob die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 kleiner als die voreingestellte Spannung V1 ist. In Schritt S113 kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die Größeninformationen der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 von dem Spannungssensor 31, der eingerichtet ist, um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 zu erfassen, zu empfangen und um die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 mit der voreingestellten Spannung V1 zu vergleichen. Die voreingestellten Spannung V1 kann voreingestellt werden auf einen niedrigen Spannungswert, bei dem selbst dann die Sicherheit gewährleistet werden kann, wenn der menschliche Körper oder dergleichen der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 ausgesetzt ist. Die Schritte S107, S109 und S111 können kontinuierlich aufrechterhalten werden, bis die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 kleiner als die voreingestellte Spannung V1 wird.
  • Wenn sich die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle 11 auf weniger als die voreingestellte Spannung V1 verringert, kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die erste und die zweite Schalteinheit 13 und 17 zu betreiben, um geöffnet zu werden, wodurch die elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle 11 und dem Hauptbus 12 und die elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle 11 und der Lastvorrichtung 15 blockiert werden. Weiterhin, wenn die Hochspannungsbatterieeinheit 21 in Schritt S109 geladen wird, kann die Steuerung 19 eingerichtet sein, um die Verbindung zwischen der Hochspannungsbatterieeinheit 21 und dem Hauptbus 12 zu blockieren.
  • Obwohl Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung für veranschaulichende Zwecke beschrieben worden sind, wird ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne von dem Umfang und der Lehre der Offenbarung, wie dies in den beigefügten Ansprüchen offenbart wird, abzuweichen.

Claims (12)

  1. Leistungsnetzsystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs, aufweisend: eine Brennstoffzelle und eine über einen Hauptbus parallel geschaltete Hochspannungsbatterieeinheit; eine erste Schalteinheit, die eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen einem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und dem Hauptbus zu bilden und zu blockieren; eine Lastvorrichtung, die zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der ersten Schalteinheit abzweigt und angeschlossen ist; eine Rückstrom-Sperreinheit, die zwischen der ersten Schalteinheit und einem Knoten, von dem die Lastvorrichtung abzweigt, angeordnet ist; eine zweite Schalteinheit, die eingerichtet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der Lastvorrichtung zu bilden und zu blockieren; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um die erste und die zweite Schalteinheit zu betreiben und den elektrischen Verbindungszustand zwischen dem Hauptbus und der Hochspannungsbatterieeinheit einzustellen, um zu bewirken, dass die Leistung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle durch die Lastvorrichtung und einen Ladevorgang der Hochspannungsbatterie verbraucht wird, wenn ein voreingestelltes Ereignis auftritt.
  2. Leistungsnetzsystem nach Anspruch 1, wobei, wenn das voreingestelltes gefährliches Ereignis auftritt, die Steuerung eingerichtet ist, um die Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff an die Brennstoffzelle vor einem Betreiben der ersten und der zweiten Schalteinheit zu blockieren.
  3. Leistungsnetzsystem nach Anspruch 1, wobei, wenn das voreingestellte gefährliche Ereignis auftritt, die Steuerung eingerichtet ist, um zu bestimmen, ob die Hochspannungsbatterieeinheit geladen werden kann.
  4. Leistungsnetzsystem nach Anspruch 3, wobei, wenn die Hochspannungsbatterieeinheit geladen werden kann, die Steuerung eingerichtet ist, um die erste und zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, und um einen Hochspannungswandler in der Hochspannungsbatterieeinheit zu betreiben, um die Spannung des Hauptbusses zu verringern.
  5. Leistungsnetzsystem nach Anspruch 3, wobei, wenn die Hochspannungsbatterieeinheit nicht geladen werden kann, die Steuerung eingerichtet ist, um die erste Schalteinheit zu betreiben, um geöffnet zu werden, die zweite Schalteinheit zu betreiben, um kurzgeschlossen zu werden, und die elektrische Verbindung zwischen der Hochspannungsbatterieeinheit und dem Hauptbus zu blockieren.
  6. Leistungsnetzsystem nach Anspruch 1, wobei, wenn sich die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle auf weniger als eine voreingestellte Spannung verringert, die Steuerung eingerichtet ist, um die erste und die zweite Schalteinheit zu betreiben, um geöffnet zu werden, und die elektrische Verbindung zwischen der Hochspannungsbatterieeinheit und dem Hauptbus zu blockieren.
  7. Verfahren zum Steuern eines Leistungsnetzsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs, aufweisend: Erfassen, durch eine Steuerung, ob ein voreingestelltes gefährliches Ereignis auftritt; Bestimmen, durch die Steuerung, ob eine Hochspannungsbatterieeinheit, die zu einer Brennstoffzelle über einen Hauptbus parallelgeschaltet ist, geladen werden kann; und Bilden, durch die Steuerung, einer elektrischen Verbindung zwischen einem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und einer Lastvorrichtung und einer elektrischen Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und der Hochspannungsbatterieeinheit in Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die Hochspannungsbatterieeinheit geladen werden kann, wobei die Leistung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle durch die Lastvorrichtung und einen Ladevorgang der Hochspannungsbatterieeinheit verbraucht wird.
  8. Leistungsnetzsystem nach Anspruch 7, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um einen Hochspannungswandler in der Hochspannungsbatterieeinheit zu betreiben, um die Spannung des Hauptbusses zu verringern, wenn bestimmt wird, ob eine über einen Hauptbus zu der Brennstoffzelle parallel geschaltete Hochspannungsbatterieeinheit geladen werden kann.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend: Bilden, durch die Steuerung, der elektrischen Verbindung zwischen dem Brennstoffzellen-Ausgangsanschluss und der Lastvorrichtung und Blockieren der elektrischen Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und der Hochspannungsbatterieeinheit in Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die Hochspannungsbatterieeinheit nicht geladen werden kann.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend: Blockieren, durch die Steuerung, von an die Brennstoffzelle zugeführten Wasserstoff und Sauerstoff, Bestimmen, ob eine über einen Hauptbus zu einer Brennstoffzelle parallel geschaltete Hochspannungsbatterieeinheit geladen werden kann.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend: Vergleichen, durch die Steuerung, der Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle mit einer voreingestellten Spannung nach Bilden der elektrischen Verbindungen; und Blockieren, durch die Steuerung, der elektrischen Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und der Lastvorrichtung, der elektrischen Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle und dem Hauptbus und der elektrischen Verbindung zwischen der Hochspannungsbatterieeinheit und dem Hauptbus in Erwiderung auf ein Bestimmen, dass die Spannung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle kleiner als die voreingestellte Spannung ist.
  12. Verfahren zum Steuern eines Leistungsnetzsystems eines Brennstoffzellenfahrzeugs, aufweisend: wenn ein voreingestelltes gefährliches Ereignis auftritt, Bilden, durch eine Steuerung, einer elektrischen Verbindung zwischen einer Brennstoffzelle und einer über einen Hauptbus zu der Brennstoffzelle parallel geschalteten Hochspannungsbatterieeinheit, um zu bewirken, dass eine Leistung des Ausgangsanschlusses der Brennstoffzelle durch die Lastvorrichtung und einen Ladevorgang der Hochspannungsbatterieeinheit verbraucht wird.
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