DE112010001459T5 - Brennstoffzellensystem, Regelverfahren für ein Brennstoffzellensystem und Elektrofahrzeug,das mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist - Google Patents

Brennstoffzellensystem, Regelverfahren für ein Brennstoffzellensystem und Elektrofahrzeug,das mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist Download PDF

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Abstract

Ein Brennstoffzellensystem (100) weist auf: eine Sekundärzelle (12); eine Spannungswandler (13), der zwischen der Sekundärzelle und einem Verbraucher vorgesehen ist; eine Brennstoffzelle (11); ein FC-Relais (24), das eine Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und dem gemeinsamen Stromweg ein- und ausschaltet; einen Fehlerstromdetektor (44), der einen Fehlerstrom im elektrischen System erfasst; und einen Steuerabschnitt (50), der eine Bestimmung im Hinblick auf einen Fehlerstrom durchführt. Der Steuerabschnitt weist auf: ein Startmittel zum Starten der Brennstoffzelle durch Erhöhen einer Spannung der Brennstoffzelle von einer Startspannung auf eine Betriebsspannung, die niedriger ist als eine Leerlaufspannung; und ein Fehlerstrombestimmungsmittel zum Durchführen der Bestimmung im Hinblick auf den Fehlerstrom nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit, wenn das FC-Relais geschlossen ist, während ein Spannungsunterschied zwischen der Spannung der Brennstoffzelle und einer Spannung, die vom Spannungswandler zum Verbraucher geliefert wird, größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, ein Regelverfahren für das Brennstoffzellensystem und eine Regelung, die an einem Elektrofahrzeug durchgeführt wird, das mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist, während das Elektrofahrzeug gestartet wird.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Derzeit wird über die praktische Anwendung einer Brennstoffzelle nachgedacht, die Wasserstoff als Brenngas zu einer Brennstoffelektrode liefert, Luft als Oxidierungsgas zu einer Oxidationselektrode liefert und Elektrizität über eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff aus der Luft erzeugt, während Wasser an der Oxidationselektrode erzeugt wird.
  • Wenn in einer solchen Brennstoffzelle bei einem Betriebsstart der Druck des Wasserstoffs, der zur Brennstoffelektrode geliefert wird, und der Druck der Luft, die zur Oxidationselektrode geliefert wird, den entsprechenden Drücken, die während eines Normalbetriebs auftreten, etwa gleich sind, kann es passieren, dass Wasserstoffgas und Luft in der Brennstoffelektrode bzw. der Oxidationselektrode ungleichmäßig verteilt werden, und dass die Elektroden durch eine elektrochemische Reaktion, die durch die ungleichmäßige Verteilung dieser Gase bewirkt wird, geschädigt werden. Die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2007-26891 ( JP-A-2007-26891 ) offenbart ein Verfahren, das die Schädigung der Elektroden einer Brennstoffzelle dadurch verhindern soll, dass dafür gesorgt wird, dass der Druck des Wasserstoffs, der zur Brennstoffelektrode geliefert wird, und der Druck der Luft, die zur Oxidationselektrode geliefert wird, zu Beginn des Betriebs der Brennstoffzelle höher sind als der übliche Lieferdruck der jeweiligen Gase.
  • Wenn Wasserstoffgas und Luft mit hohem Druck zu einer Brennstoffzelle geliefert werden, während die Brennstoffzelle ihren Betrieb aufnimmt, kann es jedoch vorkommen, dass die Rate bzw. Geschwindigkeit, mit der die Spannung der Brennstoffzelle steigt, so zunimmt, dass die Spannung der Brennstoffzelle über ihre Spannungsobergrenze hinausschießt. Im Hinblick auf dies Problem offenbart die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2007-26891 ( JP-A-2007-26891 ) ein Verfahren, in dem elektrische Leistung aus einer Brennstoffzelle abgezogen und an einen Fahrzeug-Antriebsmotor, an Widerstände usw. ausgegeben wird, wenn Wasserstoffgas und Luft beim Starten der Brennstoffzelle jeweils mit einem Druck zugeführt werden, der höher ist als der jeweilige Druck, der während einer normalen Leistungserzeugung vorhanden ist, falls die Spannung der Brennstoffzelle eine vorgegebene Spannung erreicht, die niedriger ist als die Spannungsobergrenze.
  • In einem Brennstoffzellensystem, das in ein Elektrofahrzeug eingebaut ist, ist ein Brennstoffzellen- bzw. FC-Relais vorgesehen, um die Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und einem Elektromotor ein- und auszuschalten. Unter Verwendung des FC-Relais wird die Brennstoffzelle von einem Verbrauchersystem abgeschnitten, wenn die Brennstoffzelle angehalten wird, und die Brennstoffzelle wird mit dem Verbrauchersystem verbunden, wenn die Brennstoffzelle ihren Betrieb aufnimmt. Jedoch besteht die Gefahr, dass das FC-Relais verschweißt oder beschädigt wird, wenn ein starker Strom durch das FC-Relais fließt, wenn das FC-Relais geschlossen wird, um die Brennstoffzelle und das Verbrauchersystem zu verbinden.
  • Eine Maßnahme gegen die genannte Möglichkeit oder Gefahr ist die Anwendung eines Verfahrens, in dem beim Starten der Brennstoffzelle die Spannung der Brennstoffzelle vorübergehend auf eine Leerlaufspannung erhöht wird, um einen Zustand zu erreichen, wo kein Strom aus der Brennstoffzelle fließt, und das FC-Relais dann verbunden wird, und danach die Spannung gesenkt wird, so dass elektrische Leistung von der Brennstoffzelle ausgegeben wird. Dies wird deshalb gemacht, weil die Brennstoffzelle so beschaffen ist, dass null Strom ausgegeben wird, wenn die Spannung auf die Leerlaufspannung steigt. Falls die Spannung der Brennstoffzelle jedoch auf die Leerlaufspannung erhöht wird, kann die hohe Spannung die Lebensdauer der Brennstoffzelle verkürzen.
  • Außerdem passiert es manchmal, dass beim Starten der Brennstoffzelle das FC-Relais verbunden wird, während die Spannung der Brennstoffzelle niedrig ist, so dass kein starker Strom fließt, wenn das FC-Relais verbunden wird. In solchen Fällen ist jedoch der Spannungsunterschied zwischen dem elektrischen System und der Brennstoffzelle wahrscheinlich groß, wodurch die Gefahr besteht, dass der Übergangsstrom, der während der Verbindung des FC-Relais auftritt, eine falsche Erfassung eines Fehlerstroms durch einen Fehlerstromsensor und somit ein Anhalten des Brennstoffzellensystems durch den Regelabschnitt bewirkt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Demgemäß sieht die Erfindung ein Brennstoffzellensystem vor, das die fehlerhafte Bestimmung in Bezug auf einen Fehlerstrom verhindert bzw. beschränkt, ohne die Lebensdauer zu verkürzen, wenn die Brennstoffzelle ihren Betrieb aufnimmt, und sieht außerdem ein Regelverfahren für das Brennstoffzellensystem sowie ein Elektrofahrzeug, das mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist, vor.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem. Dieses Brennstoffzellensystem weist auf: eine Sekundärzelle, die auf- und entladbar ist; einen Spannungswandler, der zwischen der Sekundärzelle und einem Verbraucher vorgesehen ist; eine Brennstoffzelle, die über eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brenngas und einem Oxidierungsgas Elektrizität erzeugt und die auf einem gemeinsamen Stromweg, der sowohl der Brennstoffzelle als auch einem Spannungswandler zugeordnet ist, elektrische Leistung ausgibt; ein FC-Relais, das eine elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und dem gemeinsamen Stromweg ein- und ausschaltet; einen Fehlerstromdetektor, der einen Fehlerstrom in einem elektrischen System erfasst, das die Sekundärzelle, den Spannungswandler und die Brennstoffzelle aufweist; und einen Regelabschnitt, der eine Bestimmung im Hinblick auf einen Fehlerstrom durchführt. Der Regelabschnitt weist auf: ein Startmittel zum Starten der Brennstoffzelle durch Erhöhen der Spannung der Brennstoffzelle von einer Startspannung auf eine Betriebsspannung, die niedriger ist als eine Leerlaufspannung; und ein Fehlerstromerfassungsmittel zum Durchführen der Bestimmung im Hinblick auf einen Fehlerstrom nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit, wenn das FC-Relais geschlossen ist, während ein Spannungsunterschied zwischen der Spannung der Brennstoffzelle und einer Spannung, die vom Spannungswandler zum Verbraucher geliefert wird, größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert.
  • Das Fehlerstromerfassungsmittel kann die Bestimmung im Hinblick auf den Fehlerstrom durchführen, nachdem die Spannung der Brennstoffzelle nach dem Schließen des FC-Relais eine vorgegebene Spannung erreicht hat.
  • Die vorgegebene Spannung im Hinblick auf das Fehlerstromerfassungsmittel kann die Betriebsspannung sein.
  • Die vorgegebene Zeit in Bezug auf das Fehlerstromerfassungsmittel kann eine Zeit sein, die nötig ist, bis ein in einem Schaltkreis des Fehlerstromdetektors enthaltener Kondensator aufgeladen ist.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug. Dieses Elektrofahrzeug ist mit dem genannten Brennstoffzellensystem ausgestattet.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Regelverfahren für ein Brennstoffzellensystem. Dieses Brennstoffzellensystem weist auf: eine Sekundärzelle, die auf- und entladbar ist; einen Spannungswandler, der zwischen der Sekundärzelle und einem Verbraucher vorgesehen ist; eine Brennstoffzelle, die über eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brenngas und einem Oxidierungsgas Elektrizität erzeugt und die auf einem gemeinsamen Stromweg, der sowohl der Brennstoffzelle als auch einem Spannungswandler zugeordnet ist, elektrische Leistung ausgibt; ein FC-Relais, das eine elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und dem gemeinsamen Stromweg ein- und ausschaltet; und einen Fehlerstromdetektor, der einen Fehlerstrom in einem elektrischen System erfasst, das die Sekundärzelle, den Spannungswandler und die Brennstoffzelle aufweist. Das Regelverfahren für das Brennstoffzellensystem beinhaltet: Starten der Brennstoffzelle durch Erhöhen der Spannung der Brennstoffzelle von einer Startspannung auf eine Betriebsspannung, die niedriger ist als eine Leerlaufspannung; und Durchführen der Bestimmung im Hinblick auf einen Fehlerstrom nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit, wenn das FC-Relais geschlossen ist, während ein Spannungsunterschied zwischen der Spannung der Brennstoffzelle und einer Spannung, die vom Spannungswandler zum Verbraucher geliefert wird, größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert.
  • Durch die Erfindung kann eine falsche Bestimmung im Hinblick auf einen Fehlerstrom beim Starten der Brennstoffzelle beschränkt werden, ohne die Lebensdauer der Brennstoffzelle zu verkürzen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die oben genannten und/oder weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen deutlicher, in denen gleiche Bezugszahlen verwendet werden, um gleiche Elemente darzustellen, und in denen:
  • 1 eine Systemskizze eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
  • 2 ein Graph ist, der Spannungszunahmen zeigt, wenn das Brennstoffzellensystem gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung seinen Betrieb aufnimmt;
  • 3A und 3B Ablaufschemata sind, die einen Betrieb darstellen, der durchgeführt wird, wenn das Brennstoffzellensystem der Erfindung startet;
  • 4 ein Ablaufschema ist, das den Betrieb darstellt, der durchgeführt wird, wenn das Brennstoffzellensystem der Erfindung startet; und
  • 5 ein weiterer Graph ist, der Spannungszunahmen unter einer anderen Bedingung beim Starten des Brennstoffzellensystems gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung darstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Wie in 1 dargestellt, weist ein Brennstoffzellensystem 100, das in einem Elektrofahrzeug 200 eingebaut ist, auf: eine auf- und entladbare Sekundärzelle 12, einen Aufwärts/Abwärts-Spannungswandler 13, der die Spannung der Sekundärzelle 12 hebt oder senkt, einen Wechselrichter 14, der elektrische Gleichstromleistung des Aufwärts/Abwärts-Spannungswandlers 13 in elektrische Wechselstromleistung wandelt und die elektrische Leistung zu einem Fahrmotor 15 liefert, und eine Brennstoffzelle 11.
  • Die Sekundärzelle 12 besteht aus einer auf- und entladbaren Lithiumionenbatterie oder dergleichen. Die Spannung der Sekundärzelle 12 dieser Ausführungsform ist niedriger als die Spannung zum Ansteuern des Fahrmotors 15. Jedoch ist die Spannung der Sekundärzelle nicht darauf beschränkt, sondern kann auch eine Spannung sein, die der Spannung, mit der der Fahrmotor angesteuert wird, gleich ist oder die darüber liegt. Der Aufwärts/Abwärts-Spannungswandler 13 weist eine Vielzahl von Schaltelementen auf und wandelt eine niedrige Spannung, die von der Sekundärzelle 12 geliefert wird, durch die Ein/Aus-Betätigungen der Schaltelemente in eine hohe Spannung zum Ansteuern des Fahrmotors um. Der Aufwärts/Abwärts-Spannungswandler 13 ist ein nicht-isolierter, bidirektionaler Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler, dessen Bezugsstrompfad 32 sowohl mit einem minusseitigen Strompfad 34 der Sekundärzelle 11 als auch einem minusseitigen Strompfad 39 des Wechselrichters 14 verbunden ist, und dessen primärseitiger Strompfad 31 mit einem plusseitigen Strompfad 33 der Sekundärzelle 12 verbunden ist und dessen sekundärseitiger Strompfad 35 mit einem plusseitigen Strompfad 38 des Wechselrichters 14 verbunden ist. Außerdem sind sowohl der plusseitige Strompfad 33 als auch der minusseitige Strompfad 34 der Sekundärzelle 12 mit einem Systemrelais 25 verbunden, das die Verbindung zwischen der Sekundärzelle 11 und einem Verbraucher- bzw. Verbrauchersystem ein- und ausschaltet.
  • Die Brennstoffzelle 11 wird mit Wasserstoffgas, bei dem es sich um ein Brenngas handelt, und mit Luft, bei dem es sich um ein Oxidierungsgas handelt, versorgt und erzeugt durch eine elektrochemische Reaktion zwischen dem Wasserstoffgas und dem Sauerstoff aus der Luft Elektrizität. In der Brennstoffzelle 11 wird das Wasserstoffgas von einem Hochdruck-Wasserstofftank 17 über ein Wasserstoff-Zufuhrventil 18 zu einer Brennstoffelektrode (Anode) geliefert, und die Luft wird von einem Luftkompressor 19 zu einer Oxidationselektrode (Kathode) geliefert. Ein plusseitiger Strompfad 36 der Brennstoffzelle 11 ist über ein FC-Relais 24 und eine Sperrdiode 23 mit dem sekundärseitigen Strompfad 35 des Aufwärts/Abwärts-Spannungswandlers 13 verbunden. Ein minusseitiger Strompfad 37 der Brennstoffzelle 11 ist über ein anderes FC-Relais 24 mit dem Bezugsstrompfad 32 der Brennstoffzelle 11 verbunden. Der sekundärseitige Strompfad 35 des Aufwärts/Abwärts-Spannungswandlers 13 ist mit dem plusseitigen Strompfad 38 des Wechselrichters 14 verbunden, und der Bezugsstrompfad 32 des Aufwärts/Abwärts-Spannungswandlers 13 ist mit dem minusseitigen Strompfad 39 des Wechselrichters 14 verbunden, Der plusseitige Strompfad 36 und der minusseitige Strompfad 37 der Brennstoffzelle 11 sind über die FC-Relais 24 mit dem plusseitigen Strompfad 38 bzw. dem minusseitigen Strompfad 39 des Wechselrichters 14 verbunden. Die FC-Relais 24 schalten die Verbindung zwischen dem Verbrauchersystem und der Brennstoffzelle 11 ein und aus. Wenn die FC-Relais 24 geschlossen sind, ist die Brennstoffzelle 11 mit der sekundären Seite des Aufwärts/Abwärts-Spannungswandlers 13 verbunden, so dass die elektrische Leistung, die von der Brennstoffzelle 11 erzeugt wird, zusammen mit der sekundärseitigen elektrischen Leistung der Sekundärzelle 12, die durch Erhöhen der Spannung der primärseitigen elektrischen Leistung der Sekundärzelle 11 erzeugt wird, zum Wechselrichter geliefert wird, der dadurch den Fahrmotor 15 ansteuert, der Räder 60 zum Drehen bringt. Dabei wird die Spannung der Brennstoffzelle 11 der Ausgangsspannung des Aufwärts/Abwärts-Spannungswandlers 13 und der Eingangsspannung des Wechselrichters 14 gleich. Außerdem werden der Luftkompressor 19 und Zubehör 16 der Brennstoffzelle 11, das eine Kühlwasserpumpe, eine Wasserstoffpumpe usw. einschließt, mit elektrischer Antriebsleistung von der Sekundärzelle 12 versorgt.
  • Ein primärseitiger Kondensator 20, der die primärseitige Spannung glättet, ist zwischen den plusseitigen Strompfad 33 und den minusseitigen Strompfad 34 der Sekundärzelle 12 geschaltet. Der primärseitige Kondensator 20 ist mit einem Spannungssensor 41 versehen, der die Spannung zwischen den beiden Enden des primärseitigen Kondensators 20 erfasst. Außerdem ist ein sekundärseitiger Kondensator 21, der die sekundärseitige Spannung glättet, zwischen dem plusseitigen Strompfad 38 und dem minusseitigen Strompfad 39 des Wechselrichters 14 vorgesehen. Der sekundärseitige Kondensator 21 ist mit einem Spannungssensor 42 versehen, der die Spannung zwischen den beiden Enden des sekundärseitigen Kondensators 21 erfasst. Die Spannung über dem primärseitigen Kondensator 20 ist eine primärseitige Spannung VL, bei der es sich um die Eingangsspannung des Aufwärts/Abwärts-Wandlers 13 handelt, und die Spannung über dem sekundärseitigen Kondensator 21 ist eine sekundärseitige Spannung VH, bei der es sich um die Ausgangsspannung des Aufwärts/Abwärts-Spannungswandlers 13 handelt. Außerdem ist ein Spannungssensor 43, der die Spannung der Brennstoffzelle 11 erfasst, zwischen dem plusseitigen Strompfad 36 und dem minusseitigen Strompfad 37 der Brennstoffzelle 11 vorgesehen.
  • Entladungswiderstände 26 und 27 sind in Reihe zwischen den primärseitigen Strompfad 31 des Aufwärts-/Abwärts-Spannungswandlers, der sich auf der Eingangsseite befindet, und den Bezugsstrompfad 32 des Aufwärts-/Abwärts-Spannungswandlers 13 geschaltet. Eine Stelle zwischen den beiden Widerständen 26 und 27 ist geerdet. Ebenso sind Entladungswiderstände 28 und 29 in Reihe zwischen den sekundärseitigen Strompfad 35 des Aufwärts-/Abwärts-Spannungswandlers 13, der sich auf der Auslassseite befindet, und den Bezugsstrompfad 32 des Aufwärts-/Abwärts-Spannungswandlers 13 geschaltet. Eine Stelle zwischen den beiden Widerständen 28 und 29 ist geerdet. Außerdem ist ein Fehlerstromdetektor 44, der einen Fehlerstrom aus dem elektrischen System erfasst, am Bezugsstrompfad 32 angebracht. Eine Erfassungsschaltung innerhalb des Fehlerstromdetektors 44 weist einen Kondensator auf.
  • Ein Regelabschnitt 50 ist ein Computer, der eine CPU, die eine Signalverarbeitung durchführt, und einen Speicherabschnitt, der Programme und Regeldaten speichert, aufweist. Die Brennstoffzelle 11, der Luftkompressor 19, das Wasserstoff-Zufuhrventil 18, der Aufwärts/Abwärts-Spannungswandler 13, der Wechselrichter 14, der Fahrmotor 15, Zubehör 16, die FC-Relais 24 und die Systemrelais 25 sind mit dem Regelabschnitt 50 verbunden und sind so aufgebaut, dass sie gemäß Befehlen vom Regelabschnitt 50 arbeiten. Außerdem sind die Sekundärzelle 12, die Spannungssensoren 41 bis 43 und der Stromsensor 44 separat mit dem Regelabschnitt 50 verbunden und sind so aufgebaut, dass der Zustand der Sekundärzelle 12 und Erfassungssignale von den Spannungssensoren 41 bis 43 und dem Stromsensor 44 in den Regelabschnitt 50 eingegeben werden. Das Elektrofahrzeug 200 ist mit einem Zündschlüssel 30 versehen, bei dem es sich um einen Schalter zum Starten und Stoppen des Brennstoffzellensystems 100 handelt. Der Zündschlüssel 30 ist mit dem Regelabschnitt 50 verbunden und ist so aufgebaut, dass ein Ein/Aus-Signal des Zündschlüssels 30 in den Regelabschnitt 50 eingegeben wird.
  • Nun werden Betriebsabläufe im Brennstoffzellensystem 100, das aufgebaut ist wie oben beschrieben, mit Bezug auf 2 bis 4 beschrieben. In 2 zeigt eine Linie a die sekundärseitige Spannung VH, bei der es sich um die Ausgangsspannung des Aufwärts/Abwärts-Spannungswandlers 13 handelt, und eine Linie b zeigt die FC-Spannung VF, bei der es sich um die Spannung der Brennstoffzelle 11 handelt. Die Brennstoffzelle 11 wird von einem Nullspannungszustand aus gestartet, wie in 2 dargestellt.
  • Wenn ein Fahrer, das heißt eine Bedienperson, den Zündschlüssel 30 zu einem Zeitpunkt t10, der in 2 dargestellt ist, auf EIN dreht, wird das EIN-Signal vom Zündschlüssel 30 in den Regelabschnitt 50 eingegeben. Wenn das EIN-Signal des Zündschlüssels 30 eingegeben wird, schließt der Regelabschnitt 50 die Systemrelais 25, um die Sekundärzelle 12 mit dem System zu verbinden, so dass der primärseitige Kondensator 20 mit der elektrischen Leistung, die von der Sekundärzelle 12 geliefert wird, aufgeladen wird. Danach startet der Regelabschnitt 50 die Spannungserhöhungsoperation des Aufwärts/Abwärts-Wandlers 13, um mit dem Laden des sekundärseitigen Kondensators 21 zu beginnen, wie in Schritten S102 und S103 in 4 dargestellt. Der Regelabschnitt 50 erhöht die sekundärseitige Spannung VH, während er die sekundärseitige Spannung VH durch den Spannungssensor 42 erfasst, wie in Schritt S103 in 3 dargestellt. Wenn die sekundärseitige Spannung VH die Leerlaufspannung OCV erreicht, ist das Laden des sekundärseitigen Kondensators 21 abgeschlossen, und die Zufuhr von elektrischer Leistung von der Sekundärzelle 12 wird möglich. Daher lässt zum Zeitpunkt t11, der in 2 dargestellt ist, der Regelabschnitt 50 eine BEREIT-Lampe leuchten, um anzuzeigen, dass die Vorbereitung für die Zufuhr von elektrischer Leistung zum Fahrmotor 15 abgeschlossen wurde. Wenn der Fahrer ein Gaspedal niederdrückt, nachdem die BEREIT-Lampe zum Leuchten gebracht wurde, wird die elektrische Leistung von der Sekundärzelle 12 zum Fahrmotor 15 geliefert, der die Räder 60 bewegt, so dass das Elektrofahrzeug 200 zu fahren beginnen kann. Obwohl elektrische Leistung von der Sekundärzelle 12 zum Fahrmotor 15 geliefert wird, strömt keine elektrische Leistung in die Brennstoffzelle 11, da die FC-Relais 24 offen sind und somit die Brennstoffzelle 11 vom System abgeschnitten ist.
  • Wie in Schritt S104 in 3 dargestellt, gibt der Regelabschnitt 50 zu einem Zeitpunkt t11, der in 2 dargestellt ist, einen Befehl aus, das Wasserstoffsystem unter Druck zu setzen. Aufgrund dieses Befehls wird das Wasserstoffzufuhrventil 18 geöffnet, so dass die Wasserstoffzufuhr vom Wasserstofftank 17 zur Brennstoffzelle 11 beginnt. Wenn Wasserstoff zugeführt wird, steigt der Druck an der Brennstoffelektrode der Brennstoffzelle 11. Da die Oxidationselektrode jedoch noch nicht mit Luft beliefert worden ist, findet keine elektrochemische Reaktion innerhalb der Brennstoffzelle 11 statt, und daher erzeugt die Brennstoffzelle 11 keine Elektrizität. Somit ist zu dieser Zeit die FC-Spannung VF der Brennstoffzelle 11 null, wie im Falle der Startspannung der Brennstoffzelle 11.
  • Nachdem die Anlegung von Druck auf das Wasserstoffsystem begonnen hat, führt der Regelabschnitt 50 eine Wasserstoffleckerfassung am Wasserstoffsystem durch, wie in Schritt S105 in 3 dargestellt. Das Vorhandensein/Nichtvorhandensein eines Wasserstofflecks wird auf Basis des Umfangs der Drucksenkung, die stattfindet, nachdem das Wasserstoffsystem abgedichtet wurde, bestimmt. Falls bestimmt wird, dass kein Wasserstoffleck vorhanden ist, fragt der Regelabschnitt 50 dann den Wert der FC-Spannung VF der Brennstoffzelle vom Spannungssensor 43 ab, wie in Schritt S106 in 3 dargestellt. Danach bestimmt der Regelabschnitt 50, ob oder ob nicht ein Spannungsunterschied zwischen der FC-Spannung VF und der sekundärseitigen Spannung VH, bei der es sich um die Ausgangsspannung des Aufwärts-/Abwärts-Spannungswandlers 13 handelt, mindestens so groß ist wie ein Schwellenwert, wie in Schritt S107 in 3 dargestellt. Der Schwellenwert ist eine Spannung, die der Regelabschnitt 50 auf Basis des Signals, das vom Fehlerstromdetektor 44 ausgegeben wird, wenn die FC-Relais geschlossen sind, wegen einer Fluktuation des Stroms innerhalb eines elektrischen Systems, das die Brennstoffzelle 11, den Aufwärts-/Abwärts-Spannungswander 13 und die Sekundärzelle 12 beinhaltet, fälschlicherweise als Fehlerstrom erfasst. Der Schwellenwert wird durch die Kapazität des elektrischen Systems bestimmt. Falls der Spannungsunterschied groß ist, kann die Gefahr der Ausgabe eines Signals, das eine falsche Bestimmung bewirkt, groß sein, und daher kann der Schwellenwert eine Spannung sein, die 70% bis 90% oder mehr der Leerlaufspannung OCV entspricht. In diesem Fall werden die FC-Relais 24 geschlossen, wenn die FC-Spannung VF der Brennstoffzelle 11 niedriger ist als etwa 30% der Leerlaufspannung OCV.
  • Wenn bestimmt wird, dass der Spannungsunterschied zwischen der FC-Spannung VF und der sekundärseitigen Spannung VH mindestens so groß ist wie der Schwellenwert, gibt der Regelabschnitt 50 zum Zeitpunkt t12, der in 2 dargestellt ist, einen Befehl zum Schließen der FC-Relais 24 aus, wie in Schritt S108 in 3 dargestellt. Aufgrund dieses Befehls werden die FC-Relais 24 geschlossen. Der Regelabschnitt 50 führt unmittelbar nach Schließen der FC-Relais 24 keine Bestimmung im Hinblick auf einen Fehlerstrom aus. Stattdessen senkt der Regelabschnitt 50, wie in Schritt S109 in 3 dargestellt, unmittelbar nach Schließen der FC-Relais 24 die sekundärseitige Spannung VH von der Leerlaufspannung OCV auf eine Betriebsspannung V0, wie in Schritt S109 in 3 dargestellt, und gibt außerdem einen Befehl zum Starten des Luftkompressors 19 aus. Aufgrund dieses Befehls startet der Luftkompressor 19, so dass die Luftzufuhr zur Brennstoffzelle 11 beginnt. Nachdem die Senkung der sekundärseitigen Spannung VH auf die Betriebsspannung V0 abgeschlossen ist, hält der Regelabschnitt 50 die sekundärseitige Spannung VH auf der Betriebsspannung V0. Die Betriebsspannung V0 ist beispielsweise etwa 90% der Leerlaufspannung OCV.
  • Nachdem der Luftkompressor 19 gestartet wurde und dementsprechend die Luftzufuhr zur Brennstoffzelle 11 begonnen hat, beginnt die elektrochemische Reaktion zwischen dem Wasserstoff und dem Sauerstoff aus der Luft innerhalb der Brennstoffzelle 11, so dass die FC-Spannung VF der Brennstoffzelle 11, die vom Spannungssensor 43 erfasst wird, allmählich von der Startspannung, d. h. null, aus ansteigt, wie von der Linie b in 2 dargestellt.
  • Nachdem der Luftkompressor 19 gestartet wurde, führt der Regelabschnitt 50, wie in Schritt S110 in 3 dargestellt, keine Bestimmung im Hinblick auf einen Fehlerstrom durch, sondern wartet, bis die Zeit Δt im Anschluss an das Schießen der FC-Relais, die in 2 dargestellt ist, eine vorgegebene Zeit erreicht. Die vorgegebene Zeit ist eine Zeitdauer, die erforderlich ist, bis ein Kondensator, der in einer Schaltung des Fehlerstromdetektors 44 enthalten ist, aufgeladen ist. Bevor der Kondensator aufgeladen ist, kann ein falsches Signal vom Fehlerstromdetektor 44 ausgegeben werden und kann bewirken, dass der Regelabschnitt 50 fälschlicherweise bestimmt, dass ein Fehlerstrom vorhanden ist. Zu einem Zeitpunkt t13, der in 2 dargestellt ist, d. h. bei Ablauf der Zeit Δt nach Schließen der FC-Relais 24, bestimmt der Regelabschnitt 50, ob die FC-Spannung VF der Brennstoffzelle eine vorgegebene Spannung V1 erreicht hat oder nicht, wie in Schritt 111 in 3 dargestellt. Der Grund dafür ist, dass die Brennstoffzelle 11, während die FC-Spannung VF niedriger ist als eine vorgegebene Spannung V1, in einem Zustand ist, in dem ihre Spannung zunimmt, und dass, wenn in diesem Zustand eine Fehlerstromerfassung durchgeführt wird, möglicherweise ein falsches Signal vom Fehlerstromdetektor 44 ausgegeben wird. Diese vorgegebene Spannung V1 kann durch die Ausgangskennlinie der Brennstoffzelle 11 oder dergleichen bestimmt werden. Beispielsweise kann die vorgegebene Spannung V1 auf etwa 10% der Leerlaufspannung OCV eingestellt werden. In dem Fall, dass die FC-Spannung VF höchstens so hoch ist wie etwa 10% der Leerlaufspannung OCV, kann der Fehlerstromdetektor 44 einen Fehlerstrom nur unter Schwierigkeiten erfassen, und die Gefahr, dass ein falsches Signal ausgegeben wird, wird hoch.
  • Wenn die FC-Spannung VF zu einem Zeitpunkt t14, der in 2 dargestellt ist, die vorgegebene Spannung V1 erreicht, führt der Regelabschnitt 50 die Bestimmung im Hinblick auf den Fehlerstrom auf Basis des Signals vom Fehlerstromdetektor 44 durch, wie in Schritt S112 in 3 dargestellt. Wie in Schritt S113 in 3 dargestellt, erfasst dann der Regelabschnitt 50, die FC-Spannung VF über den Spannungssensor 43 und wartet, bis die FC-Spannung VF die Betriebsspannung V0 erreicht, wie in Schritt S114 in 3 dargestellt. Zum Zeitpunkt t15, der in 2 dargestellt ist, erreicht die FC-Spannung VF der Brennstoffzelle 11 dann die Betriebsspannung V0. Da die sekundärseitige Spannung VH, bei der es sich um die Ausgangsspannung des Aufwärts-/Abwärts-Spannungswandlers 13 handelt, zu dieser Zeit auf der Betriebsspannung V0 gehalten wird, wird die FC-Spannung VF der Brennstoffzelle zu dieser Zeit ebenfalls auf der Betriebsspannung V0 gehalten und steigt daher nicht auf die Leerlaufspannung OCV. Während dieser Zeit steigt die FC-Spannung VF der Brennstoffzelle 11 gleichmäßig bzw. ständig an. Nachdem die FC-Spannung VF der Brennstoffzelle 11 die Betriebsspannung V0 erreicht hat, hält der Regelabschnitt 50, wie in Schritt S115 in 3 dargestellt, den Zustand des Brennstoffzellensystems 100 während des Zeitraums von einem Zeitpunkt t15 bis zu einem Zeitpunkt t16, die in 2 dargestellt sind, aufrecht, um zu prüfen, ob der Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 stabil ist. Nach Prüfen, ob das Brennstoffzellensystem 100 stabil ist, schließt der Regelabschnitt 50 das Starten des Brennstoffzellensystems 100 ab, wie in Schritt S116 in 3 dargestellt, und bewirkt, dass das Brennstoffzellensystem 100 zum Zeitpunkt t17, der in 2 dargestellt ist, in den Normalbetrieb übergeht.
  • Falls der Regelabschnitt 50 in Schritt S113 von 3 dagegen bestimmt, dass ein Fehlerstrom vorhanden ist, hält er das Brennstoffzellensystem 100 an, wie in Schritt S117 in 3 dargestellt.
  • In dem Fall, dass in Schritt S107 in 3 der Spannungsunterschied zwischen der FC-Spannung VF und der sekundärseitigen Spannung VH, bei der es sich um die Ausgangsspannung des Aufwärts-/Abwärts-Spannungswandlers 13 handelt, den Schwellenwert nicht erreicht, d. h. in dem Fall, dass die Startspannung der Brennstoffzelle 11 hoch ist und der Spannungsunterschied zwischen der FC-Spannung VF und der sekundärseitigen Spannung VH den Schwellenwert nicht erreicht, kommt es nur selten zu einer falschen Bestimmung eines Fehlerstroms, selbst wenn die Fehlerstromerfassung unmittelbar nach Schließen der FC-Relais durchgeführt wird. Daher führt der Regelabschnitt 50 die Bestimmung im Hinblick auf den Fehlerstrom auf Basis des Signals vom Fehlerstromdetektor 44 unmittelbar nach Schließen der FC-Relais 24 durch, wie in Schritten S201 und S202 in 4 dargestellt. Wenn der Regelabschnitt 50, wie in Schritt S203 in 4 dargestellt, bestimmt, das kein Fehlerstrom vorhanden ist, startet er dann den Luftkompressor 19, wie in Schritt S204 in 4 dargestellt. Nachdem der Luftkompressor 19 gestartet wurde und die Luftzufuhr zur Brennstoffzelle 11 begannen hat, beginnt die elektrochemische Reaktion zwischen dem Wasserstoff und dem Sauerstoff aus der Luft innerhalb der Brennstoffzelle 11, so dass die FC-Spannung VF der Brennstoffzelle 11, die vom Spannungssensor 43 erfasst wird, allmählich von der Startspannung aus ansteigt und die Betriebsspannung V0 erreicht. Nach Ablauf einer Stabilisierungszeit nach Erreichen der Betriebsspannung V0 durch die FC-Spannung VF, wie in Schritten S205 und S206 in 4 dargestellt, schließt der Regelabschnitt 50 das Starten des Brennstoffzellensystems 100 ab, wie in Schritt S207 in 4 dargestellt, und geht in den Normalbetrieb über.
  • In der vorangehenden Ausführungsform wird nach Ablauf der Zeit Δt, die ab der Schließungsbetätigung der FC-Relais bis zur Ladung der Kapazität des Fehlerstromdetektors 44 nötig ist, die Bestimmung im Hinblick auf einen Fehlerstrom durchgeführt, nachdem die FC-Spannung VF die vorgegebene Spannung V1 erreicht hat. Daher kann eine falsche Bestimmung eines Fehlerstroms beschränkt werden, und das Anhalten des Brennstoffzellensystems 100 auf Basis einer falschen Bestimmung eines Fehlerstroms kann beschränkt werden. Außerdem kann die Brennstoffzelle 11 gestartet werden, ohne dass die FC-Spannung VF der Brennstoffzelle 11 auf die Leerlaufspannung OCV erhöht werden müsste, und daher kann die Verkürzung der Standzeit der Brennstoffzelle beim Starten beschränkt werden, und die Lebensdauer der Brennstoffzelle kann aufrechterhalten werden.
  • In dem Fall, dass in Schritt S203 in 4 bestimmt wird, dass ein Fehlerstrom vorhanden ist, hält außerdem der Regelabschnitt 50 das Brennstoffzellensystem 100 an, wie in Schritt S208 in 4 dargestellt.
  • Obwohl in der vorangehenden Beschreibung dieser Ausführungsform die vorgegebene Spannung V1 etwa 10% der Leerlaufspannung OCV beträgt, kann die vorgegebene Spannung V1 auf die Betriebsspannung V0 gesetzt werden, um die Ausgabe eines falschen Erfassungssignals vom Fehlerstromdetektor 44 weiter zu beschränken. Die Betriebsspannung V0 beträgt etwa 90% der Leerlaufspannung OCV. In diesem Fall führt der Regelabschnitt 50 zum Zeitpunkt t5, der in 2 dargestellt ist, wenn die FC-Spannung VF die Betriebsspannung V0 erreicht, die Bestimmung im Hinblick auf den Fehlerstrom durch, wie in Schritt S112 in 3 dargestellt. Nach Ablauf der Stabilisierungszeit für das Brennstoffzellensystem 100 schließt der Regelabschnitt 50 dann das Starten des Brennstoffzellensystems 100 ab und geht auf den Normalbetrieb über. In diesem Fall kann eine falsche Bestimmung des Vorhandenseins eines Fehlerstroms stärker beschränkt werden als in der vorangehenden Ausführungsform.
  • Eine weitere Startbetätigung des Brennstoffzellensystems 100 dieser Ausführungsform wird mit Bezug auf 5 beschrieben. Abschnitte, die im Wesentlichen denen der oben mit Bezug auf 2 und 4 beschriebenen Ausführungsform gleich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und auf ihre Beschreibung wird nachstehend verzichtet.
  • 5 zeigt einen Fall, wo die FC-Spannung VF der Brennstoffzelle 11 schnell von der Startspannung aus ansteigt, wenn die FC-Relais 24 zum Zeitpunkt t22 geschlossen werden und der Luftkompressor 10 gestartet wird und die Luftzufuhr zur Brennstoffzelle 11 beginnt. In diesem Fall erreicht die FC-Spannung VF die Betriebsspannung V0 zum Zeitpunkt t24, während der Regelabschnitt 50 in Schritt S110, der in 3 dargestellt ist, wartet, bis die vorgegebene Zeit Δt zum Laden des Kondensators des Fehlerstromdetektors 44 abgelaufen ist. Bis zum Ablauf der vorgegebenen Zeit Δt ist jedoch das Laden der Kapazität des Fehlerstromdetektors 44 nicht ausreichend, und die Möglichkeit einer falschen Erfassung eines Fehlerstroms ist hoch, wenn die Bestimmung im Hinblick auf einen Fehlerstrom durchgeführt wird. Daher führt der Regelabschnitt 50 keine Bestimmung im Hinblick auf einen Fehlerstrom durch, bis die vorgegebene Zeit Δt abgelaufen ist. Dann vergleicht der Regelabschnitt 50 zum Zeitpunkt t25, der in 5 dargestellt ist, zu dem die Zeit Δt abläuft, die FC-Spannung VF mit der vorgegebenen Spannung V1, wie in Schritt 111 in 3 dargestellt. Eigentlich hat zu dieser Zeit die FC-Spannung VF bereits die Betriebsspannung V0 erreicht, die höher ist als die vorgegebene Spannung V1. Daher führt der Regelabschnitt 50 zum Zeitpunkt t25, der in 5 dargestellt ist, in Schritt S112, der in 3 dargestellt ist, die Bestimmung im Hinblick auf einen Fehlerstrom durch. Zu einem Zeitpunkt t26, der in 5 dargestellt ist, zu dem die Stabilisierungszeit für das Brennstoffzellensystem 100 abgelaufen ist, schließt der Regelabschnitt 50 dann das Starten des Brennstoffzellensystems 100 ab und geht auf den Normalbetrieb über.
  • Bei dieser Art eines Systemstarts kann eine falsche Bestimmung des Vorhandenseins eines Fehlerstroms beschränkt werden, und daher kann ein Stopp des Brennstoffzellensystems 100 auf Basis einer falschen Bestimmung des Vorhandenseins eines Fehlerstroms beschränkt werden. Da die Brennstoffzelle 11 außerdem gestartet werden kann ohne dass die FC-Spannung VF der Brennstoffzelle 11 auf die Leerlaufspannung OCV erhöht werden müsste, kann die Verkürzung der Standzeit der Brennstoffzelle 11 aufgrund des Startens beschränkt werden, und die Lebensdauer kann aufrechterhalten werden.
  • Obwohl die Erfindung mit Bezug auf Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sei klargestellt, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungs- oder Aufbaubeispiele beschränkt ist. Im Gegenteil soll die Erfindung auch verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen umfassen. Außerdem sind zwar die verschiedenen Elemente der Ausführungsbeispiele in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen dargestellt, bei denen es sich um Beispiele handelt, aber andere Kombinationen und Konfigurationen, einschließlich von mehr, weniger oder nur einem einzigen Element, liegen ebenfalls im Gedanken und Bereich der vorliegenden Erfindung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2007-26891 A [0003, 0004]

Claims (7)

  1. Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine auf- und entladbare Sekundärzelle; einen Spannungswandler, der zwischen der Sekundärzelle und einem Verbraucher vorgesehen ist; eine Brennstoffzelle, die durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brenngas und einem Oxidierungsgas Elektrizität erzeugt und die über einen gemeinsamen Stromweg, den die Brennstoffzelle und ein Spannungswandler gemeinsam nutzen, elektrische Leistung zum Verbraucher liefert; ein FC-Relais, das eine elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und dem gemeinsamen elektrischen Weg ein- und ausschaltet; einen Fehlerstromdetektor, der einen Fehlerstrom in einem elektrischen System, das die Sekundärzelle, den Spannungswandler und die Brennstoffzelle beinhaltet, erfasst, und einen Regelabschnitt, der eine Bestimmung im Hinblick auf einen Fehlerstrom durchführt, wobei der Regelabschnitt aufweist: ein Startmittel zum Starten der Brennstoffzelle durch Erhöhen einer Spannung der Brennstoffzelle von einer Startspannung auf eine Betriebsspannung, die niedriger ist als eine Leerlaufspannung; und ein Fehlerstrombestimmungsmittel zum Durchführen einer Bestimmung im Hinblick auf einen Fehlerstrom nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit, wenn das FC-Relais geschlossen wird, während ein Spannungsunterschied zwischen der Spannung der Brennstoffzelle und einer Spannung, die vom Spannungswandler zum Verbraucher geliefert wird, größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei das Fehlerstrombestimmungsmittel die Bestimmung im Hinblick auf den Fehlerstrom durchführt, nachdem die Spannung der Brennstoffzelle nach dem Schließen des FC-Relais eine vorgegebene Spannung erreicht hat.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, wobei die vorgegebene Spannung im Hinblick auf das Fehlerstrombestimmungsmittel die Betriebsspannung ist.
  4. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die vorgegebene Zeit im Hinblick auf das Fehlerstrombestimmungsmittel eine Zeit ist, die nötig ist, bis ein Kondensator, der im Schaltkreis des Fehlerstromdetektors enthalten ist, aufgeladen ist.
  5. Elektrofahrzeug, das Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweisend.
  6. Brennstoffzellensystem, aufweisend eine auf und entladbare Sekundärzelle; einen Spannungswandler, der zwischen der Sekundärzelle und einem Verbraucher vorgesehen ist; eine Brennstoffzelle, die durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brenngas und einem Oxidierungsgas Elektrizität erzeugt und die über einen gemeinsamen Stromweg, den die Brennstoffzelle und ein Spannungswandler gemeinsam nutzen, elektrische Leistung zum Verbraucher liefert; ein FC-Relais, das eine elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und dem gemeinsamen elektrischen Weg ein- und ausschaltet; einen Fehlerstromdetektor, der einen Fehlerstrom in einem elektrischen System, das die Sekundärzelle, den Spannungswandler und die Brennstoffzelle beinhaltet, erfasst, und einen Regelabschnitt, der eine Bestimmung im Hinblick auf einen Fehlerstrom durchführt und der einen Startabschnitt, der die Brennstoffzelle durch Erhöhen einer Spannung der Brennstoffzelle von einer Startspannung auf eine Betriebsspannung, die niedriger ist als eine Leerlaufspannung, startet, und einen Fehlerstrombestimmungsabschnitt aufweist, der die Bestimmung im Hinblick auf einen Fehlerstrom durchführt, nachdem eine bestimmte Zeit vergangen ist, wenn das FC-Relais geschlossen ist, während ein Spannungsunterschied zwischen der Spannung der Brennstoffzelle und einer Spannung, die vom Spannungswandler zum Verbraucher geliefert wird, größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert.
  7. Regelverfahren für ein Brennstoffzellensystem, das aufweist: eine auf- und entladbare Sekundärzelle; einen Spannungswandler, der zwischen der Sekundärzelle und einem Verbraucher vorgesehen ist; eine Brennstoffzelle, die durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brenngas und einem Oxidierungsgas Elektrizität erzeugt und die über einen gemeinsamen Stromweg, den die Brennstoffzelle und ein Spannungswandler gemeinsam nutzen, elektrische Leistung zum Verbraucher liefert; ein FC-Relais, das eine elektrische Verbindung zwischen der Brennstoffzelle und dem gemeinsamen elektrischen Weg ein- und ausschaltet; und einen Fehlerstromdetektor, der einen Fehlerstrom in einem elektrischen System erfasst, das die Sekundärzelle, den Spannungswandler und die Brennstoffzelle aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Starten der Brennstoffzelle durch Erhöhen der Spannung der Brennstoffzelle von einer Startspannung auf eine Betriebsspannung, die niedriger ist als eine Leerlaufspannung; und Durchführen der Bestimmung im Hinblick auf einen Fehlerstrom nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit, wenn das FC-Relais geschlossen ist, während ein Spannungsunterschied zwischen der Spannung der Brennstoffzelle und einer Spannung, die vom Spannungswandler zum Verbraucher geliefert wird, größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013013171A (ja) * 2011-06-28 2013-01-17 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP6322925B2 (ja) * 2013-08-09 2018-05-16 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP6299683B2 (ja) * 2015-06-25 2018-03-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
KR101846687B1 (ko) 2016-07-21 2018-04-09 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 재시동 시스템과 제어기 및 재시동 방법
JP6500881B2 (ja) * 2016-12-12 2019-04-17 トヨタ自動車株式会社 駆動システムおよび車両
JP6597665B2 (ja) * 2017-02-16 2019-10-30 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP6897429B2 (ja) 2017-08-29 2021-06-30 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、漏電エリア特定方法
CN110588352B (zh) * 2019-09-27 2021-08-24 中植一客成都汽车有限公司 一种车载氢燃料电池预充保护电路、方法和电动汽车
CN111900439A (zh) * 2020-06-23 2020-11-06 摩氢科技有限公司 一种燃料电池***及其启动控制方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007026891A (ja) 2005-07-15 2007-02-01 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3671857B2 (ja) 2001-04-12 2005-07-13 日産自動車株式会社 燃料電池システムの導電率管理装置
JP2003219551A (ja) * 2002-01-21 2003-07-31 Toyota Motor Corp 漏電検出装置
JP2004193063A (ja) * 2002-12-13 2004-07-08 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2005156371A (ja) * 2003-11-26 2005-06-16 Denso Corp 地絡検出装置
JP2006100005A (ja) * 2004-09-28 2006-04-13 Toyota Motor Corp 燃料電池の漏電検出装置
JP4853004B2 (ja) * 2005-12-08 2012-01-11 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車
JP4893127B2 (ja) * 2006-07-05 2012-03-07 日産自動車株式会社 燃料電池車両の制御装置
JP4179378B2 (ja) * 2007-01-04 2008-11-12 トヨタ自動車株式会社 車両の駆動制御装置、および、車両
JP2008301558A (ja) * 2007-05-29 2008-12-11 Fujitsu Ten Ltd 燃料電池システムの制御装置、及び燃料電池システム
JP2010238538A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよび燃料電池システムを搭載した電動車両

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007026891A (ja) 2005-07-15 2007-02-01 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム

Also Published As

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WO2010112999A1 (en) 2010-10-07

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