-
GEBIET DER TECHNIK
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und insbesondere
ein Brennstoffzellensystem, das in der Lage ist, eine Ausgangsspannung
einer Brennstoffzelle zu senken, wenn es einen Katalysatoraktivierungsprozess
durchführt.
-
TECHNISCHER HINTERGRUND
-
In
bekannten Brennstoffzellensystemen bewirkt die Adsorption von Sauerstoff
in einer Katalysatorschicht einer Brennstoffzelle, die in Betrieb
ist, ein Sinken einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle. In einem
solchen Fall wird ein Prozess zum Aktivieren der Katalysatorschicht
eines Brennstoffzellenstapels (d. h. ein Reduzierungsprozess) durch
Unterbrechen der Sauerstoffzufuhr zur Brennstoffzelle und Senken
der Leistungserzeugungsspannung der Brennstoffzelle auf einen Katalysatorschicht-Reduzierungsbereich
durchgeführt.
-
Als
Technik im Zusammenhang mit einem derartigen Katalysatoraktivierungsprozess
für eine Brennstoffzelle wurde beispielsweise eine Technik vorgeschlagen,
bei der eine Niederspannungsbatterie für eine Hilfseinrichtung
verwendet wird, die aus einer Hybrid-Brennstoffzelle besteht, und überschüssige
Leistung, die umso mehr wird, je tiefer die Spannung während
des Brennstoffzellenkatalysator-Aktivierungsprozesses sinkt, in
die Batterie geladen wird, um eine Verschwendung überschüssiger
Leistung zu verhindern (Veröffentlichung der
japanischen Patentanmeldungsoffenlegung
Nr. 2005-346979 ).
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
Jedoch
wird bei der herkömmlichen Technik die Geschwindigkeit,
mit der die Spannung einer Brennstoffzelle gesenkt wird, nicht berücksichtigt, während
eine überschüssige Brennstoffzellenleistung berücksichtigt
wird, wenn der Brennstoffzellenkatalysator-Aktivierungsprozess durchgeführt
wird. Somit kann es zu Problemen kommen, wenn eine Katalysatorschicht
der Brennstoffzelle aktiviert wird. Beispielsweise bewirkt die Erhöhung
der Geschwindigkeit, mit der die Spannung einer Brennstoffzelle gesenkt
wird, um den Katalysatoraktivierungsprozess in kürzerer
Zeit abzuschließen, in einem Zustand, wo eine große
Menge an Gas (Sauerstoff) übrig ist, einen plötzlichen
Spannungsabfall. Somit steigt die überschüssige
Leistungsmenge und es wird dementsprechend zu viel Leistung zugeführt.
Infolgedessen besteht die Gefahr, dass eine Leistungsverschlechterung,
beispielsweise eine herabgesetzte Beständigkeit, einer
Last der Brennstoffzelle oder einer Batterie (einer elektrischen
Speichereinrichtung) bewirkt wird.
-
Somit
wurde die vorliegende Erfindung angesichts des oben beschriebenen
Problems des Standes der Technik gemacht, und ihr Ziel ist die Bestimmung
einer Geschwindigkeit, mit der die Spannung einer Brennstoffzelle
gesenkt wird, gemäß der Aufnahmekapazität
einer Einrichtung, die eine überschüssige Leistung
aufnimmt, die von einer Brennstoffzelle erzeugt wird, während
eines Brennstoffzellenkatalysator-Aktivierungsprozesses.
-
Zu
diesem Zweck ist ein Brennstoffzellensystem gemäß der
vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellensystem, das eine Ausgangsspannung
einer Brennstoffzelle senkt, um einen Katalysatoraktivierungsprozess
durchzuführen, und das eine Steuereinrichtung aufweist,
die eine Geschwindigkeit, mit der die Spannung einer Brennstoffzelle
für den Katalysatoraktivierungsprozess geändert
wird, gemäß einer Aufnahmekapazität einer
Einrichtung, die eine von der Brennstoffzelle erzeugte überschüssige
Leistung aufnimmt, ändert.
-
Bei
diesem Aufbau berechnet die Steuereinrichtung, wenn der Katalysatoraktivierungsprozess durchgeführt
wird, eine Aufnahmekapazität (d. h. die Leistung, die in
eine elektrische Speichereinrichtung geladen werden kann, und/oder
die Leistung, die von einer Last verbraucht werden kann) und steuert
die Geschwindigkeit, mit der die Spannung einer Brennstoffzelle
für den Katalysatoraktivierungsprozess geändert
wird, gemäß der Aufnahmekapazität, wodurch verhindert
wird, dass überschüssige Leistung eine Aufnahmeeinrichtung
beschädigt.
-
Bei
der Aufnahmeeinrichtung handelt es sich beispielsweise um eine elektrische
Speichereinrichtung und/oder eine Last der Brennstoffzelle. Die
elektrische Speichereinrichtung ist so ausgelegt, dass sie mit überschüssiger
Leistung geladen werden kann, und eine Last (z. B. Hilfseinrichtungen,
wie eine Wasserstoffpumpe, ein Kompressor und eine Kühlmittelpumpe,
oder ein Fahrmotor oder dergleichen) ist so ausgelegt, dass sie überschüssige
Leistung verbrauchen kann, weswegen sie überschüssige
Leistung, die während des Katalysatoraktivierungsprozesses erzeugt
wird, aufnehmen kann. Jedoch sind die Aufnahmeeinrichtungen nicht
darauf beschränkt; es kann jede andere Einrichtung eine
Aufnahmeeinrichtung sein, solange sie mit Leistung geladen werden oder
Leistung verbrauchen kann.
-
Das
Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ferner mit einem Spannungswandler versehen, der eine
Ausgangsspannung der Brennstoffzelle ändert und überschüssige
Leistung, die von der Brennstoffzelle erzeugt wird, in die Aufnahmeeinrichtung
lädt. Bei Durchführung des Katalysatoraktivierungsprozesses
berechnet die Steuereinrichtung ferner die Leistung, die von der
Aufnahmeeinrichtung aufgenommen werden kann, und begrenzt die Geschwindigkeit,
mit der die Spannung einer Brennstoffzelle im Spannungswandler geändert wird,
wenn die errechnete aufnehmbare Leistung klein ist.
-
Wenn
während der Durchführung eines Katalysatoraktivierungsprozesses
die aufnehmbare Leistung klein ist, das heißt, wenn die
Leistungsaufnahmekapazität einer Aufnahmeeinrichtung, bei
der es sich um einen Gegenstand handelt, der eine von einer Brennstoffzelle
erzeugte überschüssige Leistung aufnimmt, kleiner
ist, wird bei diesem Aufbau die Geschwindigkeit (die Rate), mit
der die Spannung einer Brennstoffzelle geändert wird, begrenzt
(beschränkt, gesenkt), wodurch die plötzliche
Entstehung von überschüssiger Leistung, die auf
eine Senkung einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle zurückgeht,
verhindert werden kann. Somit wird selbst dann, wenn die Leistung,
die von einer Aufnahmeeinrichtung aufgenommen werden kann, kleiner ist,
die Erzeugung von überschüssiger Leistung verringert,
da die Geschwindigkeit, mit der die Spannung einer Brennstoffzelle
geändert wird, gesenkt wird und dadurch die Aufnahmekapazität
(die Aufnahmefähigkeit) der Aufnahmeeinrichtung nicht überschritten wird.
Dadurch wird verhindert, dass ein Spitzenwert der überschüssigen
Leistung steigt, wodurch die Aufnahmeeinrichtung beschädigt
würde.
-
Um
das Brennstoffzellensystem aufzubauen, können die folgenden
Elemente hinzugefügt werden.
-
Vorzugsweise
begrenzt die Steuereinrichtung eine Brennstoffzellenspannungs-Änderungsrate innerhalb
eines Bereichs, in dem die Leistung, die durch den Spannungswandler
fließt, einen oberen Grenzwert des Spannungswandlers nicht überschreitet.
-
Wenn
die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle abnimmt, fließt
bei diesem Aufbau die überschüssige Leistung,
die von der Brennstoffzelle erzeugt wird, durch den Spannungswandler,
und die Geschwindigkeit, mit der die Spannung der Brennstoffzelle
geändert wird, wird innerhalb eines Bereichs begrenzt,
in dem die durchfließende Leistung den oberen Grenzwert
(den zulässigen Wert) des Spannungswandlers nicht überschreitet,
wodurch der Spannungswandler vor Einflüssen (wie Wärme) geschützt
werden kann, die von der durchfließenden Leistung bewirkt
werden.
-
Vorzugsweise
unterbricht die Steuereinrichtung eine Operation zum Senken der
Ausgangsspannung der Brennstoffzelle auf eine Spannung, die für den
Katalysatoraktivierungsprozess geeignet ist, wenn die errechnete
aufnehmbare Leistung kleiner ist als eine vorgegebene Sollleistung.
-
Falls
eine errechnete aufnehmbare Leistung kleiner ist als die zuvor festgelegte
Sollleistung, wird bei diesem Aufbau bestimmt, dass eine Aufnahmeeinrichtung
nicht in der Lage ist, überschüssige Leistung
aufzunehmen, und es wird eine Steuerung ausgeführt, um
die Spannungssenkungsoperation durch den Spannungswandler zu unterbrechen,
wodurch die Aufnahmeeinrichtung geschützt werden kann.
-
Ferner
ist als Aufnahmeeinrichtung vorzugsweise eine Hilfseinrichtung der
Brennstoffzelle vorgesehen, und die Steuereinrichtung steuert die
Hilfseinrichtung als Last der Brennstoffzelle an, wenn die errechnete
aufnehmbare Leistung kleiner ist als die vorgegebene Sollleistung.
-
Falls
die errechnete aufnehmbare Leistung kleiner ist als die zuvor festgelegte
Soll-Leistung, wird bei diesem Aufbau bestimmt, dass die elektrische Speichereinrichtung
oder eine Last der Brennstoffzelle nicht in der Lage ist, überschüssige
Leistung aufzunehmen, und die zusätzliche Hilfseinrichtung
wird angesteuert, damit überschüssige Leistung
von der Hilfseinrichtung verbraucht werden kann. Dadurch kann die
elektrische Speichereinrichtung vor einer Überladung geschützt
werden, und außerdem kann die Geschwindigkeit, mit der
die Spannung gesenkt wird, im Vergleich zu einem Fall, in dem keine
Hilfseinrichtung angesteuert wird, erhöht werden.
-
Ferner
ist ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Brennstoffzellensystem, das eine Ausgangsspannung
einer Brennstoffzelle senkt, wenn ein Katalysatoraktivierungsprozess durchgeführt
wird, und weist auf: ein Leistungsberechnungsmittel, das eine Leistung
berechnet, die von einer elektrischen Speichereinrichtung und/oder einer
Last der Brennstoffzelle, bei der es sich um einen Gegenstand handelt,
der von der Brennstoffzelle erzeugte überschüssige
Leistung aufnimmt, aufgenommen werden kann; und ein Spannungswandlungs-Steuermittel,
das einen Spannungswandler, der eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle ändert,
auf der Basis der vom Leistungsberechnungsmittel errechneten aufnehmbaren
Leistung steuert, wobei das Spannungswandlungs-Steuermittel die Brennstoffzellenspannungs-Änderungsrate
begrenzt, wenn die aufnehmbare Leistung, die vom Leistungsberechnungsmittel
berechnet wird, kleiner ist.
-
Wenn
der Katalysatoraktivierungsprozess durchgeführt wird, wird
bei diesem Aufbau, wenn die aufnehmbare Leistung, die vom Leistungsberechnungsmittel
berechnet wird, kleiner ist, d. h. wenn die aufnehmbare Leistung
der elektrischen Speichereinrichtung und/oder der Last der Brennstoffzelle,
bei der es sich um einen Gegenstand handelt, der von der Brennstoffzelle
erzeugt überschüssige Leistung aufnimmt, kleiner
ist, die Geschwindigkeit, mit der die Spannung der Brennstoffzelle
geändert wird, derart begrenzt, dass eine plötzliche
Erzeugung von überschüssiger Leistung, die durch
eine Senkung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle bewirkt wird, verhindert
wird. Auch wenn die von der Last der Brennstoffzelle und/oder der
elektrischen Steuereinrichtung aufnehmbare Leistung klein wird,
wird somit überschüssige Leistung langsam erzeugt,
da die Geschwindigkeit, mit der die Spannung der Brennstoffzelle
geändert wird, sinkt, und die überschüssige Leistung übersteigt
die Aufnahmekapazität (die Aufnahmefähigkeit)
der Last der Brennstoffzelle oder der elektrischen Speichereinrichtung
nicht. Dadurch kann verhindert werden, dass ein Spitzenwert der überschüssigen
Leistung steigt, wodurch die Last der Brennstoffzelle oder die elektrische
Speichereinrichtung beschädigt werden würden.
Wenn die von der Brennstoffzelle erzeugte überschüssige
Leistung in die elektrische Speichereinrichtung geladen wird, wird
ferner, wenn die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle sinkt, die
Geschwindigkeit, mit der die Spannung der Brennstoffzelle geändert
wird, innerhalb eines Bereichs beschränkt, in dem die durchfließende
Leistung, die durch den Spannungswandler fließt, die Obergrenze
(den zulässigen Wert) des Spannungswandlers nicht überschreitet,
wodurch der Spannungswandler vor Einflüssen (wie Wärme), die
von durchfließender überschüssiger Leistung
bewirkt werden, geschützt werden kann.
-
Ein
Steuerverfahren für eine Brennstoffzelle gemäß der
vorliegenden Erfindung ist ein Steuerverfahren für ein
Brennstoffzellensystem, das eine Ausgangsspannung einer Brennstoffzelle
senkt, wenn ein Katalysatoraktivierungsprozess durchgeführt wird,
und das umfasst: einen Schritt zum Berechnen der Leistung, die von
einer Aufnahmeeinrichtung aufgenommen werden kann, die eine von
einer Brennstoffzelle erzeugte überschüssige Leistung
aufnimmt; und einen Schritt zum Ändern der Ausgangsspannung
der Brennstoffzelle auf der Basis der errechneten aufnehmbaren Leistung,
wobei der Schritt zur Änderung der Ausgangsspannung der
Brennstoffzelle die Geschwindigkeit, mit der die Spannung der Brennstoffzelle
geändert wird, begrenzt, wenn die errechnete aufnehmbare
Leistung kleiner ist.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
1:
ist ein Blockschema eines Brennstoffzellensystems, das eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
2:
ist eine Skizze, die die Grundlagen der vorliegenden Erfindung erläutert
und die den Fluss von überschüssiger Leistung
darstellt.
-
3:
ist ein Ablaufschema, das eine Funktionsweise der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
4:
ist ein Wellenformdiagramm, das die Funktionsweise der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
5:
ist ein Wellenformdiagramm, das eine andere Funktionsweise der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
6:
ist ein Funktionsblockschema der vorliegenden Erfindung.
-
BESTE WEISE ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
-
Im
Folgenden wird ein Brennstoffzellensystem gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf
die begleitende Zeichnung beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird
die Beschreibung anhand eines Beispiels angegeben, in dem die vorliegende
Erfindung auf ein Onboard-Leistungserzeugungssystem eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs
angewendet wird.
-
(Erläuterung des Aufbaus)
-
Zunächst
wird mit Bezug auf 1 der Aufbau eines Brennstoffzellensystems 1 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Wie
in 1 dargestellt, ist das Brennstoffzellensystem 1 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform in erster Linie mit Folgendem
ausgestattet: mit einer Brennstoffzelle 2, die eine Leistungserzeugung
durch die Aufnahme von zugeführtem Reaktionsgas (einem
Oxidierungsgas und einem Brenngas) durchführt und Leistung
durch die Leistungserzeugung erzeugt, mit einem Oxidierungsgas-Leitungssystem 3,
das Luft als Oxidierungsgas zur Brennstoffzelle 2 führt,
mit einem Brenngas-Leitungssystem 4, das ein Wasserstoffgas
als Brenngas zur Brennstoffzelle 2 führt, mit
einem Leistungssystem 5, das Leistung des Systems lädt/entlädt,
und mit einer Steuereinrichtung 6, die das gesamte System
als Einheit steuert.
-
Die
Brennstoffzelle 2 ist beispielsweise eine, die als Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle
ausgelegt ist und die eine Stapelstruktur aufweist, die viele übereinander
geschichtete elektrische Zellen (Zellen) aufweist. Jede der elektrischen
Zellen der Brennstoffzelle 2 weist eine Kathodenelektrode
(eine Luftelektrode) an einer Oberfläche eines Elektrolyten,
der aus einem Ionentauscher besteht, und eine Anodenelektrode (eine
Brennstoffelektrode) auf der anderen Oberfläche auf, und
eine Elektrode, welche die Kathodenelektrode und die Anodenelektrode
einschließt, verwendet beispielsweise ein poröses
Kohlenstoffmaterial als Basis und Platin Pt als Katalysator (Elektrodenkatalysator).
Die elektrische Zelle weist ferner ein Paar Separatoren auf, zwischen
denen die Kathodenelektrode und die Anodenelektrode angeordnet sind.
Das Brenngas wird einer Brenngasleitung eines Separators zugeführt,
während das Oxidierungsgas einer Oxidierungsgasleitung
des anderen Separators zugeführt wird. Die Brennstoffzelle 2 erzeugt
Leistung aus den zugeführten Gasen. Die Brennstoffzelle 2 ist
mit einem Stromsensor (Stromerfassungsmittel) 2a, der erzeugten
Strom (Ausgangsstrom) erfasst, einem Spannungssensor (Spannungserfassungsmittel) 2b,
der eine Spannung (Ausgangsspannung) erfasst, und einem Temperatursensor
(Temperaturerfassungsmittel) 2c, der die Tempe ratur der
Brennstoffzelle 2 erfasst, versehen. Die Brennstoffzelle 2 kann
auf verschiedene Weise ausgelegt sein, beispielsweise außer
als Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle auch als Phosphorsäure- oder
Schmelzcarbonat-Brennstoffzelle.
-
Das
Oxidierungsgas-Leitungssystem 3 weist in erster Linie einen
Luftkompressor 31, einen Oxidierungsgas-Zufuhrweg 32,
ein Befeuchtungsmodul 33, einen Kathodenabgas-Strömungsweg 34,
einen Verdünner 35 und einen Motor M1, der den
Luftkompressor 31 antreibt, auf.
-
Der
Luftkompressor 31 wird von einer Antriebskraft des Motors
M1 angetrieben, der mit einem Steuerbefehl der Steuereinrichtung 6 betätigt
wird, und liefert Sauerstoff (Oxidierungsgas), der von der Außenluft
durch einen nicht dargestellten Luftfilter hereingeholt wird, zur
Kathodenelektrode der Brennstoffzelle 2. Der Motor M1 ist
mit einem Drehzahl-Erfassungssensor 3a versehen, der die
Drehzahl des Motors M1 erfasst. Der Oxidierungsgaszufuhr-Strömungsweg 32 ist
eine Gasleitung, die den Sauerstoff, der vom Luftkompressor 31 geliefert
wird, zur Kathodenelektrode der Brennstoffzelle 2 führt.
Ein Kathodenabgas wird aus der Kathodenelektrode der Brennstoffzelle 2 ausgeführt.
Das Kathodenabgas enthält zusätzlich zu einem
Sauerstoffabgas Pumpwasserstoff oder dergleichen, der an der Kathodenelektrode
erzeugt wird, nachdem es einer Zellenreaktion der Brennstoffzelle 2 unterzogen
wurde. Das Kathodenabgas ist sehr feucht, da es die Feuchtigkeit enthält,
die von der Zellenreaktion der Brennstoffzelle 2 erzeugt
wird.
-
Das
Befeuchtungsmodul 33 tauscht die Feuchtigkeit zwischen
dem wenig feuchten Oxidierungsgas, das durch den Oxidierungsgaszufuhr-Strömungsweg 32 strömt,
und dem stark feuchten Kathodenabgas, das durch den Kathodenabgas-Strömungsweg 34 strömt,
wodurch das Oxidierungsgas, das der Brennstoffzelle 2 zugeführt
wird, angemessen befeuchtet wird. Der Kathodenabgas-Strömungsweg 34 ist
eine Gasleitung, die das Kathodenabgas aus dem System abführt,
wobei ein Luftregler A1 in der Nähe des Kathodenelektrodenauslasses der
Gasleitung vorgesehen ist. Der Gegendruck des Oxidierungsgases,
das der Brennstoffzelle 2 zugeführt wird, wird
vom Luftregler A1 geregelt. Der Verdünner 35 verdünnt
die Konzentration des Wasserstoffgases auf einen vor gegebenen Konzentrationsbereich
(z. B. einen Bereich, der auf der Basis von Umweltstandards festgelegt
wird). Der Verdünner 35 steht mit der stromabwärtigen
Seite des Kathodenabgas-Strömungswegs 34 und der
stromabwärtigen Seite eines Anodenabgas-Strömungswegs 44,
der nachstehend erörtert wird, in Verbindung, und ein Wasserstoffabgas
und ein Sauerstoffabgas werden vom Verdünner 35 gemischt
und verdünnt, bevor sie aus dem System abgeführt
werden.
-
Das
Brenngas-Leitungssystem 4 weist in erster Linie eine Brenngas-Zufuhrquelle 41,
einen Brenngaszufuhr-Strömungsweg 42, einen Brenngasumwälzungs-Strömungsweg 43,
den Anodenabgas-Strömungsweg 44, eine Wasserstoff-Umwälzpumpe 45,
ein Rückschlagventil 46 und einen Motor M2 zum
Antreiben der Wasserstoff-Umwälzpumpe 45 auf.
-
Die
Brenngas-Zufuhrquelle 41 ist ein Brenngas-Zufuhrmittel,
das ein Brenngas, wie Wasserstoffgas, zur Brennstoffzelle 2 liefert,
und besteht beispielsweise aus einem Hochdruck-Wasserstofftank oder
einem Wasserstoff-Speichertank. Der Brenngaszufuhr-Strömungsweg 42 ist
ein Gasströmungsweg, der ein Brenngas, das aus der Brenngas-Zufuhrquelle 41 abgeführt
wird, zur Anodenelektrode der Brennstoffzelle 2 führt,
und der Gasströmungsweg ist mit Ventilen versehen, wie,
in Reihenfolge von oben nach unten, mit einem Tankventil H1, einem Wasserstoff-Zufuhrventil
H2 und einem BZ-Einlassventil H3. Das Tankventil H1, das Wasserstoff-Zufuhrventil
H2 und das BZ-Einlassventil H3 sind Sperrventile, die ein Brenngas
zur Brennstoffzelle 2 liefern (oder blockieren), und diese
Ventile bestehen beispielsweise aus Magnetventilen.
-
Der
Brenngasumwälzungs-Strömungsweg 43 ist
ein Gasrückführungs-Strömungsweg, der
ein nicht-umgesetztes Brenngas zur Brennstoffzelle 2 zurückführt,
und der Gasströmungsweg ist, in Reihenfolge von oben nach
unten, mit einem BZ-Auslassventil H4, einer Wasserstoff-Umwälzpumpe 45 bzw.
einem Rückschlagventil 46 versehen. Ein unter niedrigem
Druck stehendes, nicht-umgesetztes Brenngas, das aus der Brennstoffzelle 2 abgeführt wird,
wird von der Wasserstoff-Umwälzpumpe 45, die mit
einer Antriebskraft des Motors M2 angetrieben wird, der durch einen
Steuerbefehl der Steuereinrichtung 6 betrieben wird, angemessen
verdichtet und zum Brennstoffzufuhr- Strömungsweg 42 geführt.
Der Rückstrom des Brenngases aus dem Brennstoffzufuhr-Strömungsweg 42 in
den Brenngasumwälzungs-Strömungsweg 43 wird
vom Rückschlagventil 46 verhindert. Der Anodenabgas-Strömungsweg 44 ist
ein Gasströmungsweg, über den ein Anodenabgas,
das ein Wasserstoffabgas enthält, das aus der Brennstoffzelle 2 abgeführt
wurde, aus dem System ausgestoßen wird, und der Gasströmungsweg
ist mit einem Spülventil H5 versehen.
-
Das
Leistungssystem 5 ist in ester Linie mit einem Hochspannungs-Gleichstrom/-Gleichstrom-Wandler 51,
einer Batterie 52, einem Traktionswechselrichter 53,
einem Hilfswechselrichter 54, einer Zerhackerschaltung 55,
einem Absorber 56, einem Fahrmotor M3 und einem Hilfsmotor
M4 versehen.
-
Der
Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 ist ein
Gleichspannungswandler und ist entsprechend dem Spannungswandler
der vorliegenden Erfindung aufgebaut. Der Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 hat
eine Funktion, die eine Gleichspannung, die von der Batterie 52 eingegeben
wird, die mit einer Primärseite verbunden ist, regelt und
die geregelte Spannung an den Traktionswechselrichter 53,
der mit der Sekundärseite verbunden ist, ausgibt, und eine
Funktion, die eine Gleichspannung, die von der Brennstoffzelle 2 oder
vom Fahrmotor M2, die bzw. der mit der Sekundärseite verbunden
ist, ausgegeben wird, regelt und die geregelte Spannung an die Batterie 52 ausgibt,
die mit der Primärseite verbunden ist. Diese Funktionen
des Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 51 implementieren
das Laden/Entladen der Batterie 52. Der Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 ist
in der Lage, eine Klemmenspannung der Sekundärseite auf
der Basis eines Steuersignals von der Steuereinrichtung 6 aufrechtzuerhalten
und zu fixieren, und der Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 ist
so aufgebaut, dass er die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 willkürlich
steuert. Ferner ist der Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 so
aufgebaut, dass er auch in der Lage ist, die von der Primär-
zur Sekundärseite fließende Leistung oder die
von der Sekundär- zur Primärseite fließende Leistung
auf der Basis eines Steuersignals von der Steuereinrichtung 6 willkürlich
zu steuern.
-
Die
Batterie 52 ist eine aufladbare/entladbare Sekundärzelle
und besteht aus verschiedenen Arten von Sekundärzellen,
wie eine Nickelhydridbatterie. Die Batterie 52 kann unter
der Steuerung durch einen nicht dargestellten Batterie-Computer
mit überschüssiger Leistung geladen werden oder
Hilfsleistung liefern. Ein Teil der von der Brennstoffzelle 2 erzeugten
Gleichstromleistung wird vom Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 verstärkt
oder abgeschwächt und in die Batterie 52 geladen.
Die Batterie 52 ist mit einem SOC-Sensor 5a versehen,
der den Ladungszustand (State of Charge, SOC) der Batterie 52 erfasst.
Anstelle der Batterie 52 kann auch eine aufladbare/entladbare
elektrische Speichereinrichtung, bei der es sich nicht um eine Sekundärzelle
handelt, z. B. ein Kondensator, verwendet werden.
-
Der
Traktionswechselrichter 53 und der Hilfswechselrichter 54 sind
PWM-Wechselrichter vom Typ Impulsbreitenmodulations-Wechselrichter.
Diese Wechselrichter wandeln Gleichstromleistung, die von der Brennstoffzelle 2 oder
der Batterie 52 ausgegeben wird, in Dreiphasen-Wechselstromleistung
um und liefern die Dreiphasen-Wechselstromleistung dann entsprechend
einem ausgegebenen Steuerbefehl an den Fahrmotor M3 und den Hilfsmotor 4.
Der Fahrmotor M3, der einem Teil der Last in der vorliegenden Erfindung
entspricht, ist ein Motor zum Antreiben von Rädern 7L und 7R (ein
Fahrzeug-Antriebsmotor) und ist eine Ausführungsform einer Last-Bewegungsleistungsquelle.
Der Fahrmotor M3 ist mit einem Drehzahlerfassungs-Sensor 5b versehen,
der die Zahl von dessen Umdrehungen erfasst. Der Hilfsmotor M4,
der einem Teil der Last in der vorliegenden Erfindung entspricht,
ist ein Motor zum Antreiben verschiedener Hilfseinrichtungen, und
bezieht sich im Allgemeinen auf M1, der den Luftkompressor 31 antreibt,
auf M2, der die Wasserstoff-Umwälzpumpe 45 antreibt,
und dergleichen.
-
Die
Steuereinrichtung 6, die in erster Linie aus einer CPU,
einem ROM und einem RAM besteht, bezieht sich auf die Steuereinrichtung
der vorliegenden Erfindung. Die Steuereinrichtung 6 steuert
einheitlich jeden Abschnitt des Systems auf der Basis von eingehenden
Sensorsignalen. Genauer berechnet die Steuereinrichtung 6 die
benötigte Ausgangsleistung der Brennstoffzelle 2 auf
der Basis von Sensorsignalen, die von einem Beschleunigungs-(Gas-)pedalsensor 6a,
der die Bewegung des Beschleunigungs (Gas-)pedals erfasst, vom SOC-Sensor 5a,
von Drehzahlerfassungs-Sensoren 3a und 5b, vom
Stromsensor 2a, vom Spannungssensor 2c und dergleichen
ausgegeben werden. Gleichzeitig bestimmt die Steuereinrichtung 6 auf
der Basis eines Signals, das von einer Betätigungseinheit 8 ausgegeben
wird, die in erster Linie aus einem Schalthebel zum Auswählen
des Betriebsmodus des Fahrmotors M3 (P: Parkmodus; R: Rückwärtsfahrmodus;
N: Neutralmodus; D: Fahrmodus und B: Regenerationsbremsmodus) besteht,
ob eine Ausgabeforderung vom Fahrmotor M3 vorliegt.
-
Dann
steuert die Steuereinrichtung 6 die Ausgangsspannung und
den Ausgangsstrom der Brennstoffzelle 2, um auf der Basis
der Ausgangsleistungsforderung eine Ausgangsleistung zu erzeugen.
Ferner steuert die Steuereinrichtung 6 u. a. Ausgangsimpulse
des Traktionswechselrichters 53 und des Hilfswechselrichters 54,
um den Fahrmotor M3 und den Hilfsmotor M4 anzusteuern.
-
Ferner
bewirkt eine Sauerstoffadsorption an der Katalysatorschicht der
Brennstoffzelle 2, dass die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 sinkt,
so dass die Steuereinrichtung 6 die Sauerstoffzufuhr zur Brennstoffzelle 2 unterbricht
und die Leistungserzeugungsspannung der Brennstoffzelle 2 auf
den Katalysatorschicht-Reduzierungsbereich senkt, um den Reduzierungsprozess
oder Auffrischungsprozess für die Aktivierung der Katalysatorschicht
durchzuführen.
-
(Beschreibung des zugrunde liegenden Prinzips)
-
Mit
Bezug auf 2 wird nun das Funktionsprinzip
der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
-
Eine
fortgesetzte Verwendung der Brennstoffzelle 2 oxidiert
den Elektrodenkatalysator mit einer daraus resultierenden Verschlechterung
der Leistungserzeugungseffizienz, so dass der Katalysatoraktivierungsprozess
regelmäßig durchgeführt wird. Der Katalysatoraktivierungsprozess
wird dadurch durchgeführt, dass die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 auf
ein Spannungsniveau gesenkt wird, bei dem der Elektrodenkatalysator
eine reduzierende Reaktion entwickelt, und wird auch als Reduzierungsprozess oder
Auffrischungsprozess bezeichnet. Vorzugsweise wird der Katalysatoraktivierungsprozess
in einem stabilisierten Zustand durchgeführt, in dem die
benötigte Leistungsmenge des Systems kein ist und keine
Leistung direkt von der Brennstoffzelle 2 an den Fahrmotor
M3 ausgegeben werden muss. Beispielsweise wird der Katalysatoraktivierungsprozess
vorzugsweise in einem sogenannten intermittierenden Antriebsmodus
durchgeführt, in dem ein Fahrzeug nur anhand der Antriebskraft
fährt, die von der Batterie 52 geliefert wird.
-
Während
des Katalysatoraktivierungsprozesses wird die Ausgangsspannung der
Brennstoffzelle 2 durch Senken der Sekundärklemmenspannung
des Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 51 gesenkt.
Hierbei wird wegen der Strom/Spannungs-Kennlinie (I/V-Kennlinie),
die der Brennstoffzelle 2 zu Eigen ist, der Ausgangsstrom der
Brennstoffzelle 2 höher, wenn die Ausgangsspannung
der Brennstoffzelle 2 sinkt, weswegen die Ausgangsleistung
der Brennstoffzelle 2 steigt. Der Katalysatoraktivierungsprozess
wird grundsätzlich in dem Zustand durchgeführt,
in dem die vom System benötigte Leistung gering ist, beispielsweise
im intermittierenden Betriebsmodus, so dass der größte
Teil der erhöhten Ausgangsleistung der Brennstoffzelle unangenehmerweise
eine überschüssige Leistung sein wird.
-
Wie
von einem Leistungsfluss f1 in 2 dargestellt,
wird daher die überschüssige Leistung, die erzeugt
wird, wenn die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 sinkt, über
den Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 in
die Batterie 52 geladen. Die Menge der überschüssigen Leistung
wird umso höher, je mehr die Geschwindigkeit (Rate), mit
der die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle gesenkt wird, steigt.
-
Herkömmlich
wird der Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 auf
eine vorgegebenen Reduzierungsrate für die Ausgangsspannung
der Brennstoffzelle 2 gesteuert. Solange die Batterie 52 aufladbar
ist, muss die Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsspannung der
Brennstoffzelle 2 gesenkt wird, nicht berücksichtigt
werden. Es kann jedoch passieren, dass überschüssige
Leistung nicht von der Batterie 52 allein aufgenommen werden kann.
Beispielsweise kann es sein, dass die Batterie 52 auf einen bestimmten
Pegel aufgeladen wurde, wodurch ihr eine geringere Leistungsaufnahmekapazität
bleibt (eine geringere Leistung geladen werden kann).
-
Um
diesem Fall gerecht zu werden, wird gemäß der
vorliegenden Erfindung die Kapazität einer Aufnahmeeinrichtung,
wie der Batterie 52, für die Aufnahme von überschüssiger
Leistung erfasst, und die Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsspannung der
Brennstoffzelle 2 für den Katalysatoraktivierungsprozess
geändert wird, wird geändert und gesteuert. Genauer
wird die Tendenz genutzt, dass die Menge der erzeugten überschüssigen
Leistung abnimmt, wenn die Geschwindigkeit gesenkt wird, mit der
die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 geändert wird,
und es wird eine Steuerung durchgeführt, bei der die Geschwindigkeit
gesenkt wird (die Rate gesenkt wird), mit der die Ausgangsspannung
der Brennstoffzelle 2 gesenkt wird, wenn die Aufnahmekapazität
einer überschüssige Leistung aufnehmenden Einrichtung,
wie der Batterie 52, niedrig ist.
-
Jedoch
ist es nicht angebracht, von Anfang an eine niedrige Geschwindigkeit
für die Änderung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 einzustellen.
Eine niedrige Geschwindigkeit für die Senkung der Ausgangsspannung
der Brennstoffzelle 2 bedeutet, dass es länger
dauert, bis die Ausgangsspannung den Elektrodenkatalysator-Reduzierungsbereich
erreicht. Der intermittierende Antriebsmodus, während dessen
der Katalysatoraktivierungsprozess durchgeführt wird, wird
nur in einem stabilen Fahrzustand des Fahrzeugs zugelassen; wenn
das Beschleuniger-(Gas-)pedal 6a oder dergleichen betätigt wird
und die Lastmenge erhöht wird, dann muss daher der intermittierende
Antriebsmodus vorübergehend ausgesetzt werden. Um den Katalysatoraktivierungsprozess
ordnungsgemäß zu implementieren, ist es dabei
nötig, die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle schnell
auf eine Spannung im Reduzierungsbereich zu senken und die Spannung über
einen vorgegebenen Zeitraum aufrechtzuerhalten. Somit ist es nötig,
die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle so schnell wie möglich
auf eine Ausgangsspannung im Reduzierungsbereich zu senken, um zu vermeiden,
dass der Katalysatoraktivierungsprozess ausgesetzt wird, und es
ist außerdem nötig, die Spannung über
eine vorgegebene Zeit aufrechtzuerhalten. Aus diesem Grund führt
das System vorzugsweise eine dynamische Steuerung durch, so dass
die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 mit einer vernünftigen
Geschwindigkeit gesenkt wird und die Geschwindigkeit, mit der die
Ausgangsspannung reduziert wird, nur dann vorübergehend
gesenkt wird, wenn eine bestimmte Situation eintritt, wie der Fall, dass
die erzeugte überschüssige Leistung nicht geladen
oder verbraucht werden kann.
-
Falls
hierbei die Batterie 52 nicht genug Kapazität übrig
hat, um sämtliche überschüssige Leistung
von der Brennstoffzelle 2 aufzunehmen, wird die überschüssige
Leistung von einer Lasteinrichtung bzw. einem Verbraucher verbraucht.
Ein solcher Verbraucher kann der Fahrmotor M3 oder eine andere Hilfseinrichtung
M (der Kompressor M1, die Wasserstoffpumpe M2 und die Hilfseinrichtung
M4 (Klimaanlage oder dergleichen)) sein, bei der es sich um eine Last
der Brennstoffzelle 2 handelt. Falls die Leistungsmenge,
die in die Batterie 52 geladen werden kann, klein ist,
ist es möglich, die genannten Lasten der Brennstoffzelle 2 zu
nutzen.
-
In
einem Zustand, in dem der Fahrmotor M3 als Last der Brennstoffzelle 2 angesteuert
werden kann, kann überschüssige Leistung, die
nicht in die Batterie 52 geladen werden kann, durch Antreiben des
Fahrmotors M3, der relativ große Leistungsmengen verbraucht,
verbraucht werden. Die überschüssige Leistung
wird verbraucht wie von einem in 2 dargestellten
Leistungsfluss f2 dargestellt.
-
Nun
bedeutet jedoch der Fall, dass der Fahrmotor M3 angetrieben wird,
eine Situation, in dem der Fortbewegungszustand des Fahrzeugs beeinflusst wird,
so dass der Fahrmotor M3 keine Aufnahmeeinrichtung sein kann, die
immer verfügbar ist. Falls die Leistung, die von der Batterie 52 nicht
aufgenommen werden kann, höchstens so hoch ist wie ein
voreingestelltes Sollleistungsniveau und der Fahrmotor M3 keine überschüssige
Leistung aufnehmen kann, kann eine Hilfseinrichtung M, bei der es
sich nicht um den Fahrmotor M3 handelt, die überschüssige
Leistung verbrauchen. Genauer wird die überschüssige Leistung
von der Brennstoffzelle 2 gemäß einem Leistungsfluss
f3, der in 2 dargestellt ist, von der Hilfseinrichtung
M verbraucht.
-
Falls
die Batterie 52 aufgrund der aufladbaren Leistung einfach
kein geeigneter Gegenstand für die Aufnahme der überschüssigen
Leistung von der Brennstoffzelle 2 ist, ist ferner das
Unterbrechen des Katalysatoraktivierungsprozesses ein denkbares Verfahren.
Der Grund dafür ist, dass keine überschüssige
Leistung erzeugt wird, falls der Katalysatoraktivierungsprozess
unterbrochen wird und die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 auf
eine ursprüngliche, ein hohes Potential vermeidende Spannung
zurückgesetzt wird.
-
Falls überschüssige
Leistung in die Batterie 52 geladen (im Fall von f1) oder
von der Hilfseinrichtung M verbraucht wird (im Fall von f3), dann
fließt die überschüssige Leistung durch
den Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51. Falls die
Leistung, die durch den Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 fließt,
zu groß wird, machen sich Einflüsse, wie die Wärmeerzeugung von
Elementen, bemerkbar, so dass die durchfließende Leistung
im Allgemeinen beschränkt wird. In der vorliegenden Ausführungsform
beschränkt daher die Steuereinrichtung 6 die Geschwindigkeit,
mit der die Ausgangsspannung von der Brennstoffzelle 2 geändert
wird, um zu verhindern, dass die Leistung, die durch den Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 fließt,
einen vorab bekannten oberen Grenzwert überschreitet. Falls
die Leistung, die durch den Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 fließt,
den oberen Grenzwert erreicht oder überschreitet, wird
die Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 gesenkt
wird, auch dann verringert, wenn die Batterie 52 noch genügend
Leistungsaufladungskapazität hat oder die Hilfseinrichtung
M noch genügend Leistungsverbrauchskapazität hat.
Die oben beschriebene Vorgehensweise senkt die Erzeugung überschüssige
Leistung, d. h. von Leistung, die durch den Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 fließt,
wodurch die Elemente des Wandlers geschützt werden.
-
6 ist
ein Funktionsblock der dem oben genannten Prinzip der vorliegenden
Erfindung entspricht.
-
Wie
in 6 dargestellt, weist das Brennstoffzellensystem
gemäß der vorliegenden Erfindung eine Brennstoffzelle 100 und
eine elektrische Speichereinrichtung 102 auf, die über
einen Spannungswandler 101 verbunden sind. Eine erste Last 111 ist mit
der Sekundärseite verbunden, mit der die Brennstoffzelle 100 des
Spannungswandlers 101 verbunden ist, und eine zweite Last 112 ist
mit der Primärseite verbunden, mit der die elektrische
Speichereinrichtung 102 des Spannungswandlers 101 verbunden
ist.
-
Die
Brennstoffzelle 100 entspricht der Brennstoffzelle 2 der
Ausführungsform, der Spannungswandler 101 entspricht
dem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51, und die elektrische
Speichereinrichtung 102 entspricht der Batterie 52.
Ferner ist die erste Last 111 eine Last, die eine relativ
große Leistungsmenge verbraucht, wie der Fahrmotor M3,
während die zweite Last 112 eine Last, ist, die
eine relativ kleine Leistungsmenge verbraucht, wie der Hilfsmotor
M4. Ob die erste Laste 111 und die zweite Last 112 mit
der Primärseite oder mit der Sekundärseite des
Spannungswandlers 101 verbunden werden, kann für
jedes System individuell bestimmt werden.
-
Das
Brennstoffzellensystem ist ferner mit einem Leistungsberechnungsmittel 120 und
einem Spannungswandlungs-Steuermittel 121 versehen. Hierbei
entsprechen das Leistungsberechnungsmittel 120 und das
Spannungswandlungs-Steuermittel 121 der Steuereinrichtung 6,
die Erfassungssignale von verschiedenen Sensoren empfängt
und die das System steuert.
-
Das
Leistungsberechnungsmittel 120 ist ein Funktionsblock,
der die aufnehmbare Leistung Pa einer Einrichtung berechnet, welche
die überschüssige Leistung, die von der Brennstoffzelle 100 erzeugt wird,
aufnimmt (beispielsweise die elektrische Speichereinrichtung 102 und/oder
die erste Last 111 und/oder die zweite Last 112 in 6).
Die aufnehmbare Leistung Pa kann beispielsweise unter Bezugnahme
auf ein SOC-Signal oder dergleichen, welches den Ladungszustand
anzeigt, an der elektrischen Speichereinrichtung, durch Überprüfen,
ob beispielsweise der Betrieb der ersten Last 111 in einem
zugelassenen Betriebsmodus (dem intermittierenden Betriebsmodus
oder dergleichen) ist, am ersten Verbraucher 111, oder
unter Bezugnahme auf den Leistungsverbrauch an der ersten Last 111 bestimmt
werden.
-
Das
Spannungswandlungs-Steuermittel 121 ist ein Funktionsblock,
der mittels eines Steuersignals Cfcv oder dergleichen den Spannungswandler 101,
der die Ausgangs spannung der Brennstoffzelle 100 ändert,
auf der Basis der vom Leistungsberechnungsmittel 120 berechneten
aufnehmbaren Leistung Pa steuert.
-
Hierbei
führt das Spannungswandlungs-Steuermittel 121 als
eine erste Funktion eine Steuerung durch, mit der die Geschwindigkeit,
mit der die Ausgangsspannung Vfc der Brennstoffzelle geändert
wird, gesenkt wird, wenn die vom Leistungsberechnungsmittel 120 berechnete
aufnehmbare Leistung Pa kleiner ist. Anders ausgedrückt
wird die Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 100 gesenkt
wird, auf der Basis der aufnehmbaren Leistung Pa der Brennstoffzelle 100 geändert.
-
Als
eine zweite Funktion kann das Spannungswandlungs-Steuermittel 121 die
Operation, mit der die Ausgangsspannung Vfc der Brennstoffzelle 100 auf
eine Spannung gesenkt wird, die für den Katalysatoraktivierungsprozess
geeignet ist, unterbrechen, falls die errechnete aufnehmbare Leistung
Pa kleiner ist als eine vorgegebene Sollleistung Pth2. Dies ist
eine erweiterte Version der oben beschriebenen ersten Funktion.
-
Als
eine dritte Funktion kann das Spannungswandlungs-Steuermittel 121 die
Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsspannung Vfc der Brennstoffzelle 100 geändert
wird, innerhalb eines Bereichs beschränken, in dem eine
Leistung Ppass, die durch den Spannungswandler 101 fließt,
einen oberen Grenzwert Pmax des Spannungswandlers 101 nicht überschreitet.
-
Als
eine vierte, zusätzliche Funktion kann das Spannungswandlungs-Steuermittel 121 die zweite
Last 112 ansteuern, wenn die errechnete aufnehmbare Leistung
Pa kleiner ist als die vorgegebene Sollleistung Pth1.
-
Die
aufnehmbare Leistung Pa beinhaltet dabei die elektrische Speichereinrichtung 102 und/oder die
erste Last 111 und/oder die zweite Last 112, so dass
sie durch Zusammenzählen sämtlicher Leistung,
die in die elektrische Steuereinrichtung 102 geladen werden
und von der ersten Last 111 und der zweiten Last 112 verbraucht
werden kann, berechnet werden kann. Jedoch wird überschüssige
Leistung dadurch verbraucht, dass sie normalerweise in die elektrische
Speichereinrichtung 102 geladen wird, so dass die aufnehmbare
Leistung Pa als die Leistung, die in die elektrische Speichereinrichtung 102 geladen
werden kann, an sich berechnet werden kann. In der folgenden Ausführungsform
geht die Beschreibung von der Annahme aus, dass die aufnehmbare Leistung
Pa die Leistung ist, die in die elektrische Speichereinrichtung 102 (die
Batterie 52) geladen werden kann.
-
(Beschreibung der Funktionsweise)
-
Unter
Bezug auf das Ablaufschema von 3 wird nun
die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Wenn
der Lastzustand des Fahrzeugs stabil geworden ist und allein mit
der Leistung angetrieben werden kann, die von der Batterie 52 geliefert
wird, wird der intermittierende Antriebsmodus eingerichtet, was
bewirkt, dass ein Intermittend-Flag auf EIN gestellt wird. In Schritt
S10 bestimmt die Steuereinrichtung 6, ob das Intermittend-Flag
auf EIN steht. Wenn in Schritt S10 bestimmt wird, dass das Intermittend-Flag
auf EIN steht (JA), dann geht die Steuereinrichtung 6 zu
Schritt S11 weiter, in dem die Steuereinrichtung 6 die
innere Temperatur der Batterie 52 auf der Basis eines SOC-Signals
vom SOC-Sensor 5a erfasst und einen SOC-Wert, d. h. den
Ladungszustand, der Batterie 52 ermittelt. Sämtliche
Leistung, die in die Batterie geladen werden kann, kann auf der
Basis der Batterietemperatur bestimmt werden, und die Ladungsmenge
zum aktuellen Zeitpunkt kann aus dem SOC-Wert geschlossen werden,
so dass die Leistung, die danach in die Batterie geladen werden
kann, berechnet werden kann, falls die Batterietemperatur und der
SOC-Wert bekannt sind. Somit geht die Steuereinrichtung 6 zu
Schritt S12 weiter, um die Leistung, die in die Batterie 52 geladen
werden kann, auf der Basis der Batterietemperatur und des SOC-Werts
zu berechnen.
-
Im
Anschluss daran geht die Steuereinrichtung 6 zu Schritt
S13 weiter, um zu bestimmen, ob die errechnete Leistung, die in
die Batterie 52 geladen werden kann, größer
ist als die voreingestellte Schwellenwertleistung Pth1. Die Schwellenwertleistung
Pth1 kann auf einen bestimmten Wert gesetzt werden, der es möglicht
macht, eine ungenügende verbliebene Ladungskapazität
der Batterie 52 zu bestimmen. Die Höhe der verbliebenen
Ladungskapazität hängt auch von der Höhe
einer überschüssigen Leistung ab, so dass die
Schwellenwertleistung Pth1 auch dynamisch geändert und
auf der Basis einer überschüssigen Leistung, die
in Schritt S14 separat berechnet werden kann, oder dergleichen eingestellt werden
kann.
-
Falls
in Schritt S13 die Leistung, die in die Batterie 52 geladen
werden kann, mindestens so hoch ist wie die Schwellenwertleistung
Pth1 (JA), dann geht die Steuereinrichtung 6 zu Schritt
S14 weiter, um die innere Temperatur der Brennstoffzelle 2 unter
Bezugnahme auf ein Erfassungssignal vom Temperatursensor 2c zu
messen Im Anschluss daran geht die Steuereinrichtung 6 zu
Schritt S15 weiter, um auf der Basis der Brennstoffzellentemperatur
die Geschwindigkeit zu bestimmen, mit der die Ausgangsspannung von
der Brennstoffzelle 2 gesenkt wird. Die Menge, in der überschüssige
Leistung erzeugt wird, ändert sich bekanntlich gemäß der
inneren Temperatur der Brennstoffzelle 2. Die Steuereinrichtung 6 bestimmt
vorab experimentell geeignete Spannungssenkungsraten im Zusammenhang
mit inneren Temperaturen der Brennstoffzelle 2 und speichert
diese in Form einer Verweistabelle. Die Verweistabelle wird beispielsweise
durch Abbilden einer Beziehung zwischen Ausgangsspannungs-Senkungsraten,
die keine übermäßige Erzeugung von überschüssiger
Leistung bewirken, und Brennstoffzellentemperaturen erzeugt. Die
Steuereinrichtung 6 nimmt eine Innentemperatur der Brennstoffzelle 2 als
Eingangswert und nimmt Bezug auf die Verweistabelle, um eine Spannungssenkungsrate
auszulesen, die ein Ausgangswert ist. Die Spannungssenkungsrate kann
beispielsweise als ein Spannungssenkungsbetrag ab dem letzten Mal
bei jedem vorgegebenen Steuerzeitpunkt aufgezeichnet werden.
-
Hierbei
führt die genannte erste Funktion der Steuereinrichtung 6 die
Berechnung für die Abschwächung der Spannungssenkungsrate
auf der Basis der erzeugten Menge an überschüssiger
Leistung in Abhängigkeit von der Leistung, die in die Batterie 52 geladen
werden kann, durch. Genauer nimmt die Steuereinrichtung 6 Bezug
auf ein SOC-Signal oder dergleichen, das den Ladungszustand der
Batterie 52 anzeigt, um die Leistung zu berechnen, die
in die Batterie 52 geladen werden kann, und führt
die Be rechnung zur Abschwächung der Spannungssenkungsrate
gemäß deren Höhe durch. Je höher
die Leistung, die geladen werden kann (die aufnehmbare Leistung
Pa) wird, desto mehr überschüssige Leistung kann
geladen werden, so dass eine höhere Spannungssenkungsrate
eingestellt werden kann. Falls beispielsweise der Gradientenkoeffizient
einer Standard-Spannungssenkungsrate als –k1 bezeichnet
wird, dann kann der Gradientenkoeffizient nach der Abschwächung
beispielsweise als –k1·k2(0 ≤ k2 < 1:k2 ∝ Pa)
dargestellt werden.
-
Im
Anschluss daran geht die Steuereinrichtung 6 zu Schritt
S16 weiter, um zu bestimmen, ob die Leistung, die in die Brennstoffzelle 2 geladen
werden kann, höchstens so groß ist wie die vorgegebene Schwellenwertleistung
Pth2. Die Schwellenwertleistung Pth2 ist eine geeignete Leistung
für die Abschwächung der Geschwindigkeit, mit
der die Ausgangsspannung von der Brennstoffzelle 2 gesenkt wird,
und Pth2 wird mit Bedacht so gesetzt, dass sie höher ist
als die oben genannten Schwellenwertleistung Pth1, bei der die Hilfseinrichtung
M betätigt werden muss, um eine überschüssige
Leistung zu bewältigen, oder das System angehalten werden
muss; jedoch ist Pth2 nicht darauf beschränkt.
-
Falls
in Schritt S16 die Leistung, die geladen werden kann, höchstens
so hoch ist wie der Schwellenwertleistung Pth2 (JA), dann geht die
Steuereinrichtung 6 als die oben genannte zweite Funktion
zu Schritt S17 weiter, um den in Schritt S15 berechneten Spannungssenkungsprozess
zu beenden. Falls beispielsweise die Spannungssenkungsrate als Neigung
einer Spannungssenkungsgeraden berechnet wird, dann ist der Koeffizient
der Neigung auf null gesetzt. Falls in Schritt S16 die Leistung,
die geladen werden kann, größer ist als die Schwellenwertleistung
Pth2 (NEIN), dann bestimmt die Steuereinrichtung 6, dass
eine ausreichende Kapazität übrig ist, und unterbricht
den Spannungsprozess nicht.
-
In
Schritt S18 gibt die Steuereinrichtung 6 ein Steuersignal
zur Aufrechterhaltung eines aktuellen Ausgangsspannungswerts der
Brennstoffzelle 2 auf der Basis der bestimmten Spannungssenkungsrate bei
einer Spannung der Sekundärseite an den Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 aus.
Die Wiederholung des Prozesses zu jedem vorgegebenen Steuerungszeitpunkt,
d. h. die Implementierung des Steuerungsablaufschemas zu jedem Steuerungszeitpunkt,
bewirkt eine Senkung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 mit
einer Spannungssenkungsrate auf der Basis der Leistung, die in die
Batterie 52 geladen werden kann.
-
Während
der Dauer der Spannungssenkung überwacht die Steuereinrichtung 6 vorzugsweise
die Leistung Ppass, die durch den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 fließt.
Falls die durchfließende Leistung Ppass einen oberen Grenzwert
Pmax der durchfließenden Leistung überschreitet,
der vorab gesetzt wurde, um den Wandler zu schützen, dann implementiert
die Steuereinrichtung 6 die oben genannte dritte Funktion,
um die Spannungssenkungsrate abzuschwächen. Die abgeschwächte
Rate kann auf die gleiche Weise erwogen werden wie in Schritt 517.
-
Falls
dagegen in Schritt S13 die Leistung, die in die Batterie 52 geladen
werden kann, höchstens so hoch ist wie die Schwellenwertleistung
Pth1 (NEIN), dann zeigt dies an, dass eine Ladung der Batterie 52 mit überschüssiger
Leistung nicht möglich ist. Daher geht die Steuereinrichtung 6 zu
Schritt S20 weiter, um die oben genannte vierte Funktion zu implementieren,
wodurch bestimmt wird, ob die Hilfseinrichtungen M aktiviert sind,
und falls die Hilfseinrichtungen M aktiviert sind (JA), geht die
Steuereinrichtung 6 dann zu Schritt S21 weiter, um die
Hilfseinrichtungen M für eine bestimmte Zeit zu betätigen.
Dieser Prozess bewirkt, dass die überschüssige
Leistung von den Hilfseinrichtungen M verbraucht wird.
-
Die
Hilfseinrichtungen M beinhalten dabei den Kompressor M1, die Wasserstoffpumpe
M2 und eine Hilfseinrichtung M4 (eine Klimaanlage oder dergleichen),
so dass für jede der Hilfseinrichtungen bestimmt wird,
ob sie aktiviert ist, und es können nur Hilfseinrichtungen,
die aktiviert wurden, ausgewählt und betätigt
werden. Falls überschüssige Leistung zum Fahrmotor
M3 geliefert werden kann, kann die überschüssige
Leistung zum Fahrmotor M3 geliefert werden, da der Fahrmotor M3
eine große Menge an Leistung verbraucht. Falls die überschüssige
Leistung als Antriebskraft für den Fahrmotor M3 nicht ausreicht,
kann dann eine Steuerung durchgeführt werden, um Leistung,
die den Mangel ausgleicht, von der Batterie 52 zum Fahrmotor
M3 zu liefern.
-
Falls
in Schritt S20 keine der Hilfseinrichtungen M aktiviert ist oder
eine im Vergleich mit der überschüssigen Leistung
nur geringe Leistung verbraucht werden kann (NEIN), dann entscheidet
die Steuereinrichtung 6, dass es nicht mehr möglich
ist, die Spannungssenkung durchzuführen, und dass es nicht
mehr möglich ist, den Katalysatoraktivierungsprozess fortzusetzen,
und geht zu Schritt S22 weiter, um das Intermittend-Flag auf AUS
zu setzen. Wenn das Intermittend-Flag zurückgesetzt wird,
wird das Bestimmungsergebnis in Schritt S10 NEIN sein, auch wenn
der Prozess das nächste Mal aufgerufen wird, und der Katalysatoraktivierungsprozess
wird nicht ausgeführt, bis der Zeitpunkt für den
nächsten intermittierenden Antriebsmodus gekommen ist und
das Intermittend-Flag gesetzt wurde.
-
In
dem oben beschriebenen Prozess hat die erste Funktion zu Beginn
die vernünftige Spannungssenkungsrate gesetzt, und die
zweite Funktion hat die Spannungssenkungsoperation unterbrochen,
abhängig davon, ob die Leistung, die in die Batterie 52 geladen
werden kann, höchstens so hoch ist wie die Schwellenwertleistung
Pth2. Alternativ dazu kann die Spannungssenkungsrate jedoch auch
entsprechend den Änderungen der Leistung, die während
des Spannungssenkungsprozesses geladen werden kann, kontinuierlich
geändert werden. Der Grund dafür ist, dass die
Leistung, die geladen werden kann, einen Leistungsspielraum, der
in die Batterie 52 geladen werden kann, anzeigt und sich
im Lauf der Zeit ändert, so dass eine dynamische Änderung
der Spannungssenkungsrate gemäß den darin ablaufenden Änderungen
eine besser nachvollziehbare Steuerung ermöglicht.
-
4 zeigt
die Wellenformen von Abschnitten des Systems, die durch Anwenden
der vorliegenden Ausführungsform gesteuert werden.
-
4(a) zeigt einen Zustand, in dem das Intermittend-Flag
gesetzt ist, das bestätigt, dass der intermittierende Antriebsmodus
regelmäßig von der Steuereinrichtung 6 implementiert
wird.
-
4(b) zeigt Änderungen der Ausgangsspannung
der Brennstoffzelle 2, die vom Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 gesteuert
wird, unter der Steuerung der vorliegenden Ausführungsform.
Ein Fall, in dem die Leistung, die in die Batterie 52 geladen
werden kann, groß ist und die Spannungssenkungsrate auf
eine relativ hohe Rate gesetzt werden kann, wird von einer Spannungssenkungs-Kennlinie
VS1 bezeichnet, während ein Fall, in dem die Leistung,
die in die Batterie 52 geladen werden kann, klein ist und
die Spannungssenkungsrate auf eine relativ niedrige Rate gesetzt
werden muss, von einer Spannungssenkungs-Kennlinie VS2 bezeichnet
wird. Eine Spannung V0 bezeichnet eine Spannung, die ein hohes Potential
vermeidet, in einem normalen Antriebsmodus, und eine Spannung V1
bezeichnet eine Soll-Senkungsspannung, die ein Ziel für
den Katalysatoraktivierungsprozess darstellt.
-
4(c) zeigt die Ausgangsleistungs-Kennlinie
der Brennstoffzelle 2. Die Berechnung kann anhand einer
I/V-Kennlinie oder anhand eines Ausgangsstroms, der von einem Erfassungssignal
des Stromsensors angezeigt wird, und einer Ausgangsspannung, die
von einem Erfassungssignal des Spannungssensors angezeigt wird,
durchgeführt werden. Die Leistung P1 bezeichnet eine erzeugte Leistung
(überschüssige Leistung) einer Brennstoffzelle,
wenn die Spannung mit der Spannungssenkungs-Kennlinie VS1 gesenkt
wird, und die Leistung P2 bezeichnet eine erzeugte Leistung (überschüssige
Leistung) der Brennstoffzelle, wenn die Spannung mit der Spannungssenkungs-Kennlinie
VS2 gesenkt wird.
-
4(d) stellt die Leistung dar, die in die
Batterie 52 geladen werden kann. PA1 bezeichnet die Leistung,
die im Falle der Spannungssenkungs-Kennlinie VS1 geladen werden
kann, und PA2 bezeichnet die Leistung, die im Fall der Spannungssenkungs-Kennlinie
VS2 geladen werden kann.
-
Wie
in 4(a) dargestellt, senkt die Steuereinrichtung 6,
falls das Intermittend-Flag zur Ausführung des intermittierenden
Betriebs der Brennstoffzelle 2 zum Zeitpunkt t1 gesetzt
ist, die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle und startet den Katalysatoraktivierungsprozess,
um einen Katalysator zu aktivieren. Gleichzeitig spezifiziert der
Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 die Spannungssenkungs- Kennlinie
VS1, die von der aufnehmbaren Leistung Pa der Batterie 52 zu
dieser Zeit abhängt, beginnend von der ein hohes Potential
vermeidenden Spannung (Standby-Spannung) V0 bis zur Soll-Senkungsspannung
(zur Spannung, die für den Katalysatoraktivierungsprozess
geeignet ist) V1.
-
Hierbei ändert
die Steuereinrichtung 6 als erste Funktion die Spannungssenkungsrate
so, dass die Spannungssenkungsrate kleiner wird, wenn die Leistung,
die in die Batterie 52 geladen werden kann, weniger wird,
wodurch eine Spannungssenkungs-Kennlinie mit einer sanften Steigung,
wie die Spannungssenkungs-Kennlinie VS2, eingestellt wird.
-
Die
Spannungssenkungs-Kennlinie VS1 weist eine steilere Spannungssenkungssteigung
auf als die Spannungssenkungs-Kennlinie VS2, so dass die erzeugte
Menge an überschüssiger Leistung, wenn die Spannungssenkungs-Kennlinie
VS1 ausgewählt wird, größer ist als wenn
die Spannungssenkungs-Kennlinie VS2 ausgewählt würde,
wie in 4(c) dargestellt.
-
Hierbei
wird die überschüssige Leistung gemäß dem
Fluss f1 von 2 aufeinanderfolgend in die
Batterie 52 geladen, so dass die Leistung, die in die Batterie 52 geladen
werden kann, weniger wird, wenn die Ladungsmenge zunimmt, wie in 4(d) dargestellt.
-
Wenn
die Schwellenwertleistung Pth1 zum Zeitpunkt t2 erreicht wird, werden
die oben genannten Schritte S20 und S21 implementiert, und die Steuereinrichtung 6 beginnt
mit der Ansteuerung des Fahrmotors M3 oder der Hilfseinrichtungen
M auf der Basis der oben genannten vierten Funktion. Falls die überschüssige
Leistung von diesen Verbrauchern nicht verbraucht werden kann, dann
führt die Steuereinrichtung 6 den oben genannten
Schritt S22 aus, um den Katalysatoraktivierungsprozess zu unterbrechen.
-
Da
die Menge an überschüssiger Leistung mit dem Oxidierungsgasprozess
oder mit Verbrauch der Leistung durch die Verbraucher abnimmt, wird
die Leistung, die in die Batterie 52 geladen werden kann, dementsprechend
größer, wie von PA1 angezeigt. Wenn die Schwellenwertleistung
Pth1 zum Zeitpunkt t3 überschritten wird, wird dann das
Ansteuern der Verbraucher unterbrochen.
-
Wenn
die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 die Soll-Katalysatorspannung
V1 erreicht und die Spannungssenkung unterbrochen wird, wird keine überschüssige
Leistung mehr erzeugt, so dass die Batterie 52 in einen
Entladungsbereich kommt und der Leistungsverbrauch beginnt. Gleichzeitig läuft
an den Elektroden der Brennstoffzelle 2 eine elektrochemische
Reaktion im Reduzierungsbereich ab, so dass der oxidierte Elektrodenkatalysator
reduziert und aktiviert wird.
-
Wenn
das Intermittend-Flag zum Zeitpunkt t4 zurückgesetzt wird,
wird die Aktivierung des Katalysators unterbrochen, und die Ausgangsspannung
der Brennstoffzelle 2 steigt in Richtung auf die ein hohes Potential
vermeidende Spannung V0, wie in 4(b) dargestellt.
-
5 zeigt
die Wellenformen, die in dem Fall beobachtet werden, in dem die
Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 während
des Katalysatoraktivierungsprozesses gesenkt wird, geändert
wird.
-
Wie
in 5(a) dargestellt, steuert die Steuereinrichtung 6,
wenn das Intermittend-Flag auf EIN steht, den Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 so,
dass dieser die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 mit
der Spannungssenkungs-Kennlinie VS1 von der ein hohes Potential vermeidenden
Spannung V0 (Standby-Spannung) auf eine Sollspannung V1 (einer Spannung,
die für den Katalysatoraktivierungsprozess geeignet ist) senkt.
Gleichzeitig kann die Steuereinrichtung 6 auf der Basis
der Leistung, die in die Batterie 52 geladen werden kann,
die Spannungssenkungs-Kennlinie gemäß der ersten
Funktion abschwächen.
-
Wie
in 5(b) dargestellt, steuert die Steuereinrichtung 6 in
dem Fall, dass die Leistung, die in die Batterie 52 geladen
werden kann, die Schwellenwertleistung Pth2 zum Zeitpunkt t1 überschreitet,
den Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 gemäß der
zweiten Funktion so, dass der Gradientenkoeffizient der Spannungssenkungsrate
auf den der Spannungssenkungs-Kennlinie VS2 geändert wird,
der kleiner ist als derjenige der Spannungssenkungs-Kennlinie VS1
(einschließlich null). Falls die Leistung, die in die Batterie 52 geladen
wird, zum Zeitpunkt t2 unter den Schwellenwert Pth2 fällt,
wird danach die Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsspannung gesenkt
wird, auf die ursprüngliche Spannungssenkungs-Kennlinie
VS1 zurückgebracht, und die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 wird
mit der Spannungssenkungs-Kennlinie VS auf die Sollspannung V1 gesenkt.
-
Durch
Steuern der Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 gesenkt
wird, derart, dass die Leistung, die in die Batterie 52 geladen
werden kann, zu einer höchstmöglichen Spannungssenkungsrate
führt, ist es somit möglich, die Ausgangsspannung
der Brennstoffzelle 2 schnell auf eine erniedrigte Sollspannung
V1 zu senken und die Batterie 52 vor einer Überladung
zu schützen.
-
Falls
in dem Spannungssenkungsprozess die Leistung Ppass, die durch den
Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 fließt, den
oberen Grenzwert des Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 51 oder
die Schwellenwertleistung Pth1, die etwas höher ist als
der obere Grenzwert des Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 51, übertrifft,
kann die dritte Funktion der Steuereinrichtung 6 eine Steuerung
durchführen, mit der die Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsspannung
gesenkt wird, in die Spannungssenkungs-Kennlinie VS2, die langsamer
ist als die Spannungssenkungs-Kennlinie VS1, geändert wird
und danach die Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsspannung gesenkt
wird, auf die ursprüngliche Senkungsrate VS1 zurückgebracht
wird, wenn die durchfließende Leistung Ppass höchstens
so hoch geworden ist wie der obere Grenzwert des Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 51.
-
In
diesem Fall ist die Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsspannung
von der Brennstoffzelle 2 gesenkt wird, so, dass eine höchstmögliche
Senkungsrate innerhalb eines Bereichs erhalten wird, in dem die
durchfließende Leistung zum Aufladen der Batterie 52 mit
der überschüssigen Leistung, die von der Brennstoffzelle 2 erzeugt
wird, den oberen Grenzwert Pmax des Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 51 nicht überschreitet. Dadurch
kann die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 schnell
auf die Sollspannung V1 gesenkt werden und der Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 kann
vor einer Beschädigung durch eine übermäßige
durchfließende Leistung geschützt werden.
-
(Vorteile der Ausführungsform)
-
Gemäß der
oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform wurde auf
der Basis der ersten Funktion die Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsspannung
der Brennstoffzelle 2 geändert wird, begrenzt,
wenn die aufnehmbare Leistung Pa (in dieser Ausführungsform
die Leistung, die in die Batterie 52 geladen werden kann),
die durch umfassende Berücksichtigung der Leistung, die
in die Batterie 52 geladen werden kann, und/oder der Leistung,
die von Lasten verbraucht werden kann, während des Katalysatoraktivierungsprozesses
abnimmt, wodurch ein plötzliches Auftreten von überschüssiger
Leistung, das durch eine Senkung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 bewirkt
wird, verhindert werden kann. Somit wird eine Steuerung durchgeführt,
mit der selbst dann, wenn die Leistung, die in die Batterie 52 geladen
werden kann, weniger wird, die Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsspannung
der Brennstoffzelle 2 geändert wird, entsprechend
sinkt. Somit sinkt dementsprechend die Menge an erzeugter überschüssiger
Leistung, so dass die überschüssige Leistung die
Leistung, die in die Batterie 52 geladen erden kann, nicht übertrifft.
Dadurch kann eine Beschädigung der Batterie 52 vermieden
werden.
-
Gemäß der
oben genannten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung 6,
wenn der Wert der Leistung, die in die Batterie 52 geladen
werden kann, kleiner ist als eine Sollleistung, bewirken, dass der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 die
Operation zur Senkung der Ausgangsspannung von der Brennstoffzelle 2 auf
eine Spannung, die für den Katalysatoraktivierungsprozess
geeignet ist, unterbricht (was den Fall einer Abschwächung
einschließt), indem sie die zweite Funktion anwendet. In
diesem Fall wird bestimmt, dass die Batterie 52 nicht die
Kapazität besitzt, um die überschüssige
Leistung aufzunehmen, und der Prozess zur Senkung der Spannungssenkungsrate
oder der Spannungssenkungsprozess durch den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 wird unterbrochen,
wodurch die Batterie 52 vor einer Überladung geschützt
werden kann.
-
Gemäß der
vorliegenden Ausführungsform beschränkt die Steuereinrichtung 6 ferner
auf der Basis der dritten Funktion die Geschwindigkeit, mit der die
Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 gesenkt wird, so,
dass eine höchstmögliche Senkungsrate in einem
Bereich erzeugt wird, in dem die durchfließende Leistung
zum Aufladen der Batterie 52 mit der von der Brennstoffzelle 2 erzeugten überschüssigen
Leistung den oberen Grenzwert Pmax des Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 51 während
des Katalysatoraktivierungsprozesses nicht überschreitet.
Dadurch ist es auch möglich, den Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 vor
einer Beschädigung aufgrund einer übermäßigen
durchfließenden Leistung zu schützen.
-
Gemäß dieser
Ausführungsform steuert ferner die Steuereinrichtung 6 auf
der Basis der vierten Funktion während des Katalysatoraktivierungsprozesses
Hilfseinrichtungen als Lasten der Brennstoffzelle 2 an,
wenn der Wert der Leistung, die in die Batterie 52 geladen
werden kann, klein ist. Dadurch, dass die Hilfseinrichtungen dazu
gebracht werden, überschüssige Leistung zu verbrauchen,
kann somit ein Verlust durch die Hilfseinrichtungen erhöht
werden, eine Überladung der Batterie 52 kann verhindert werden,
und die Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 gesenkt
wird, kann im Vergleich zu einem Fall, wo keine Hilfseinrichtungen
angetrieben werden, erhöht werden.
-
Wie
oben beschrieben, wird gemäß der Erfindung der
vorliegenden Anmeldung die aufnehmbare Leistung umfassend in Betracht
gezogen, um die Spannungssenkungsrate dynamisch zu steuern, wodurch
der Hochspannungs-Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 51 vor
einer Beschädigung aufgrund einer übermäßigen
durchfließenden Leistung geschützt werden kann,
die Batterie 52 vor einer Überladung geschützt
werden kann und eine höchstmögliche Spannungssenkungsrate
in einem zulässigen Bereich eingestellt werden kann, wodurch
ein schneller Katalysatoraktivierungsprozess erreicht werden kann.
-
Zusammenfassung
-
BRENNSTOFFZELLENSYSTEM UND
VERFAHREN DAFÜR
-
Wenn
eine Ausgangsspannung einer Brennstoffzelle 2 gesenkt wird,
um einen Katalysatoraktivierungsprozess durchzuführen,
mit dem ein Katalysator während eines intermittierenden
Betriebs der Brennstoffzelle 2 aktiviert wird, wird, falls
eine erzeugte Leistung P1 eine Batterieladungsleistungs-Kapazität
Pp überschreitet, aber eine erzeugte Leistung P2 die Batterieladungsleistungs-Kapazität Pp
nicht überschreitet, eine niedrige Geschwindigkeit VS2,
die der erzeugten Leistung P2 entspricht, ausgewählt, und
die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 wird auf der
Basis der ausgewählten niedrigen Geschwindigkeit VS2 in
Richtung auf eine Sollspannung V1 gesenkt, wodurch eine plötzliche
Erzeugung einer überschüssigen Leistung, die durch
die Senkung der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 2 bewirkt
wird, vermieden wird. Durch die oben beschriebene Steuerung wird
eine Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle
während eines Katalysatoraktivierungsprozesses der Brennstoffzelle
geändert wird, gemäß einer Aufnahmekapazität
eines Gegenstands, der von der Brennstoffzelle 2 erzeugte überschüssige
Leistung aufnimmt, bestimmt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-