JP2003346858A - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの電圧監視方法 - Google Patents
燃料電池システムおよび燃料電池システムの電圧監視方法Info
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- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
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- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池システムおよび燃料電池システムの
電圧監視方法を提供する。 【解決手段】 本発明による燃料電池システムは、冗長
構造の電圧監視ユニットを有し、少なくとも２つの電圧
監視ユニットを収容する。冗長構造の利点は、故障に対
するその耐久性にある。電圧監視ユニットの１つが正確
に動作しなかった場合、他の電圧監視ユニットを利用す
ることが可能となる。他の利点は、電圧監視ユニットそ
れら自体が電圧実際値、具体的には測定値または推定値
を連続して比較することによって互いの不良挙動を診断
することにある。
電圧監視方法を提供する。 【解決手段】 本発明による燃料電池システムは、冗長
構造の電圧監視ユニットを有し、少なくとも２つの電圧
監視ユニットを収容する。冗長構造の利点は、故障に対
するその耐久性にある。電圧監視ユニットの１つが正確
に動作しなかった場合、他の電圧監視ユニットを利用す
ることが可能となる。他の利点は、電圧監視ユニットそ
れら自体が電圧実際値、具体的には測定値または推定値
を連続して比較することによって互いの不良挙動を診断
することにある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池ユニット
を有する燃料電池システム、および燃料電池ユニットを
有する燃料電池システムを電圧監視する方法に関する。
を有する燃料電池システム、および燃料電池ユニットを
有する燃料電池システムを電圧監視する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】特許文献１は、個々の燃料電池を低イン
ピーダンス並列回路の形でブリッジできる燃料電池ユニ
ット用の回路デバイスを開示している。さらに、このよ
うな回路構成を動作させる方法が開示され、燃料電池
は、それらの電圧の大きさが特定しきい値より低いと
き、またはそれらの電圧の数学的符号が通常動作中のも
のから変化したとき、あるいは全燃料電池システムが放
電するときにブリッジされる。
ピーダンス並列回路の形でブリッジできる燃料電池ユニ
ット用の回路デバイスを開示している。さらに、このよ
うな回路構成を動作させる方法が開示され、燃料電池
は、それらの電圧の大きさが特定しきい値より低いと
き、またはそれらの電圧の数学的符号が通常動作中のも
のから変化したとき、あるいは全燃料電池システムが放
電するときにブリッジされる。
【０００３】燃料電池ユニット内の１つ以上の電池を監
視する方法は、包括的な特許文献２から公知である。監
視された電圧を、負荷、電気構成要素に応じて、第１お
よび第２の事前選択された電圧値と比較する、ここで第
２の事前選択された電圧値は第１の事前選択値よりも小
さい。事前選択された電圧値の１つがアンダーシュート
である場合、または低電圧イベントを検出した場合、調
節活動を開始する。調節活動が開始すると、外部負荷を
低減するか、または外部負荷への電力供給を終了させ
る。
視する方法は、包括的な特許文献２から公知である。監
視された電圧を、負荷、電気構成要素に応じて、第１お
よび第２の事前選択された電圧値と比較する、ここで第
２の事前選択された電圧値は第１の事前選択値よりも小
さい。事前選択された電圧値の１つがアンダーシュート
である場合、または低電圧イベントを検出した場合、調
節活動を開始する。調節活動が開始すると、外部負荷を
低減するか、または外部負荷への電力供給を終了させ
る。
【０００４】通常動作中、燃料電池ユニットは、純然た
る発電器であり、電力負荷ではない。但し、電流方向
が、例えば不良動作が原因で、燃料電池ユニットに流入
する電流に変わった場合、これは、燃料電池ユニットの
損傷、または極端な場合には破壊につながる。このよう
な不良動作は、例えば、燃料電池ユニットの無負荷電圧
よりも大きい電圧が燃料電池ユニットの出力部に加わる
ときに起こる。
る発電器であり、電力負荷ではない。但し、電流方向
が、例えば不良動作が原因で、燃料電池ユニットに流入
する電流に変わった場合、これは、燃料電池ユニットの
損傷、または極端な場合には破壊につながる。このよう
な不良動作は、例えば、燃料電池ユニットの無負荷電圧
よりも大きい電圧が燃料電池ユニットの出力部に加わる
ときに起こる。
【０００５】無負荷電圧は一般に、全燃料電池システム
が無負荷モードにあるとき燃料電池ユニットにある電圧
として定義される。無負荷モードは、燃料電池システム
が、いかなる電流も流さない状況にあるように定義され
る。燃料電池システムを電動自動車に使用する場合、複
合エネルギー貯蔵器として、ゆえに燃料電池システムに
加えて第２の電源ユニットとして通常使用できる自動車
を駆動させるための電気トラクションモータもエネルギ
ー貯蔵器も、無負荷モードであるときには燃料電池ユニ
ットからいかなる電流も供給されない。ゆえに、実施例
では、無負荷モードでは、自動車用電気トラクションモ
ータは、機械的駆動力が代わりにバッテリから供給され
ない限り自動車の従動ホイールに機械的駆動力を発生し
ない。
が無負荷モードにあるとき燃料電池ユニットにある電圧
として定義される。無負荷モードは、燃料電池システム
が、いかなる電流も流さない状況にあるように定義され
る。燃料電池システムを電動自動車に使用する場合、複
合エネルギー貯蔵器として、ゆえに燃料電池システムに
加えて第２の電源ユニットとして通常使用できる自動車
を駆動させるための電気トラクションモータもエネルギ
ー貯蔵器も、無負荷モードであるときには燃料電池ユニ
ットからいかなる電流も供給されない。ゆえに、実施例
では、無負荷モードでは、自動車用電気トラクションモ
ータは、機械的駆動力が代わりにバッテリから供給され
ない限り自動車の従動ホイールに機械的駆動力を発生し
ない。
【０００６】
【特許文献１】独国特許発明第１９８ ２７ ８８０
Ｃ１号明細書
Ｃ１号明細書
【０００７】
【特許文献２】独国特許出願公開第１００ ５５ ２９
１ Ａ１号明細書
１ Ａ１号明細書
【０００８】
【非特許文献１】“Ｒｅｇｅｌｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉ
ｋ”（制御工学）、Ｏｔｔｏ Ｆｏｅｌｌｉｎｇｅｒ、
７ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ、Ｈｕｅｔｈｉｇ Ｖｅｒｌａ
ｇ
ｋ”（制御工学）、Ｏｔｔｏ Ｆｏｅｌｌｉｎｇｅｒ、
７ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ、Ｈｕｅｔｈｉｇ Ｖｅｒｌａ
ｇ
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池ユニットの不
良動作や損傷を回避するために、燃料電池ユニットに連
結され、発電モードで作動される、つまり、発電および
／または電力を発生できる電気構成要素から燃料電池ユ
ニットに確実に電流が流入しないようにすることが不可
欠となる。これは通常、燃料電池ユニットを対応する電
気構成要素に接続するケーブル内にダイオードを配置す
ることで確保される。
良動作や損傷を回避するために、燃料電池ユニットに連
結され、発電モードで作動される、つまり、発電および
／または電力を発生できる電気構成要素から燃料電池ユ
ニットに確実に電流が流入しないようにすることが不可
欠となる。これは通常、燃料電池ユニットを対応する電
気構成要素に接続するケーブル内にダイオードを配置す
ることで確保される。
【００１０】本発明の目的の１つは、燃料電池システム
の燃料電池ユニットの信頼性および有用性を維持する改
良燃料電池システム、および本発明による燃料電池シス
テムを作動させる方法を提供することである。
の燃料電池ユニットの信頼性および有用性を維持する改
良燃料電池システム、および本発明による燃料電池シス
テムを作動させる方法を提供することである。
【００１１】本発明に従って、この目的は、独立請求項
の特徴によって達成される。
の特徴によって達成される。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による燃料電池シ
ステムは、冗長構造の電圧監視ユニットを有し、少なく
とも２つの電圧監視ユニットを収容する。冗長電圧監視
システムの利点は、故障に対するその耐久性にある。電
圧監視ユニットの１つが正確に動作しなかった場合、他
の電圧監視ユニットを利用することが可能である。他の
利点は、電圧監視ユニットそれら自体が電圧実際値、具
体的には測定値および／または推定値を連続して比較す
ることによって互いの不良挙動を診断することである。
ステムは、冗長構造の電圧監視ユニットを有し、少なく
とも２つの電圧監視ユニットを収容する。冗長電圧監視
システムの利点は、故障に対するその耐久性にある。電
圧監視ユニットの１つが正確に動作しなかった場合、他
の電圧監視ユニットを利用することが可能である。他の
利点は、電圧監視ユニットそれら自体が電圧実際値、具
体的には測定値および／または推定値を連続して比較す
ることによって互いの不良挙動を診断することである。
【００１３】さらに、通常では、いかなる電流も燃料電
池ユニットに流入するのを防ぐために、燃料電池ユニッ
トを対応する電気構成要素に接続するケーブル内に提供
されるような、ダイオードが不要となる。プリチャージ
ング装置、冷却およびハウジングを通常では有する、こ
のようなダイオードは数キログラムの重量となるので、
比較的かなりの重量が節約されることになる。
池ユニットに流入するのを防ぐために、燃料電池ユニッ
トを対応する電気構成要素に接続するケーブル内に提供
されるような、ダイオードが不要となる。プリチャージ
ング装置、冷却およびハウジングを通常では有する、こ
のようなダイオードは数キログラムの重量となるので、
比較的かなりの重量が節約されることになる。
【００１４】さらに、この節約によって空間が得られる
ことになる。さらに、本発明の有利な改良例では、従属
請求項および図を参照して以下で説明する典型的実施形
態に見出だすことができる。
ことになる。さらに、本発明の有利な改良例では、従属
請求項および図を参照して以下で説明する典型的実施形
態に見出だすことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、燃料電池ユニット１を有
する燃料電池システムを示し、電気構成要素３は、燃料
電池ユニット１の、出力部にケーブルすなわち回路２
（詳細に示さず）を介して接続している。ケーブル２の
１本は、通常高電位にあるが、ケーブル２の他方の１本
は、その高電位よりも低い電位にある。ケーブル２は、
高電圧または中間電圧用ケーブルであるのが好ましい。
燃料電池ユニット１は、１つ以上の直列接続した燃料電
池から成る。ケーブル２が接続されるタップすなわち出
力部（詳細に示さず）は、個々の電池間に、あるいは第
１の電池の入力部と最後の電池の出力部に設けられても
良い。つまり、電圧は、直列接続された全て、および／
または並列接続された全ての燃料電池にわたり取り出さ
れる。
する燃料電池システムを示し、電気構成要素３は、燃料
電池ユニット１の、出力部にケーブルすなわち回路２
（詳細に示さず）を介して接続している。ケーブル２の
１本は、通常高電位にあるが、ケーブル２の他方の１本
は、その高電位よりも低い電位にある。ケーブル２は、
高電圧または中間電圧用ケーブルであるのが好ましい。
燃料電池ユニット１は、１つ以上の直列接続した燃料電
池から成る。ケーブル２が接続されるタップすなわち出
力部（詳細に示さず）は、個々の電池間に、あるいは第
１の電池の入力部と最後の電池の出力部に設けられても
良い。つまり、電圧は、直列接続された全て、および／
または並列接続された全ての燃料電池にわたり取り出さ
れる。
【００１６】電気構成要素３は、高電圧または中間電圧
で作動されるのが好ましい。通常に使用される用語で
は、燃料電池ユニット１が供給する電圧は、高電圧また
は中間電圧と称される。電気構成要素３は、例えば、電
気コンバータ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、好ましく
はコンバータを介して接続される、例えば、自動車用の
電気トラクションモータとして使用される電気機械であ
る。
で作動されるのが好ましい。通常に使用される用語で
は、燃料電池ユニット１が供給する電圧は、高電圧また
は中間電圧と称される。電気構成要素３は、例えば、電
気コンバータ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、好ましく
はコンバータを介して接続される、例えば、自動車用の
電気トラクションモータとして使用される電気機械であ
る。
【００１７】ケーブル２を介して高電圧または中間電圧
網に給電することもできる電気構成要素３は、冗長関連
電圧監視システム４を有する。電圧監視システム４は、
第１の電圧監視ユニット（詳細に示さず）と、第２の電
圧監視ユニット（詳細に示さず）とを有し、第１および
／または第２の電圧監視ユニットは、コンバータおよび
測定電子装置および／またはセンサを有する。
網に給電することもできる電気構成要素３は、冗長関連
電圧監視システム４を有する。電圧監視システム４は、
第１の電圧監視ユニット（詳細に示さず）と、第２の電
圧監視ユニット（詳細に示さず）とを有し、第１および
／または第２の電圧監視ユニットは、コンバータおよび
測定電子装置および／またはセンサを有する。
【００１８】第１の電圧監視ユニット（詳細に示さず）
は、ケーブル２にケーブル６を介して接続し、電気構成
要素３と並列に接続する第１および第２の測定電子装置
５を有する。さらに、第１および第２のＡＣ／ＤＣコン
バータ（または整流器）１３、ＤＣ／ＡＣコンバータ
（またはインバータ）１１、およびＤＣ／ＤＣコンバー
タ１０を、ケーブル（詳細に示さず）を介して測定電子
装置５に給電するために提供することが好ましい。第１
のＡＣ／ＤＣコンバータ（または整流器）１３を第１の
測定電子装置５と関連付け、第２のＡＣ／ＤＣコンバー
タ（または整流器）１３を第２の測定電子装置５と関連
付ける。
は、ケーブル２にケーブル６を介して接続し、電気構成
要素３と並列に接続する第１および第２の測定電子装置
５を有する。さらに、第１および第２のＡＣ／ＤＣコン
バータ（または整流器）１３、ＤＣ／ＡＣコンバータ
（またはインバータ）１１、およびＤＣ／ＤＣコンバー
タ１０を、ケーブル（詳細に示さず）を介して測定電子
装置５に給電するために提供することが好ましい。第１
のＡＣ／ＤＣコンバータ（または整流器）１３を第１の
測定電子装置５と関連付け、第２のＡＣ／ＤＣコンバー
タ（または整流器）１３を第２の測定電子装置５と関連
付ける。
【００１９】測定電子装置５および第１の電圧監視ユニ
ットは、よって冗長構成を有する。第１の測定電子装置
デバイス５が故障した場合、第２の測定電子装置５から
の電圧実際値を電圧監視用に使用できる。
ットは、よって冗長構成を有する。第１の測定電子装置
デバイス５が故障した場合、第２の測定電子装置５から
の電圧実際値を電圧監視用に使用できる。
【００２０】所定の電圧実際値は、電圧監視だけでな
く、電気構成要素３の任意の調節／コントロールに使用
されても良い。測定電子装置５が電圧値を測定するため
の任意の好適なセンサも備えていない場合、あるいは適
切な測定電子装置が提供されていない場合、電圧実際値
は、いわゆる観測器による他の状態変数から決定または
推定される。電圧実際値は、ゆえに測定（測定値）およ
び／または推定（推定値）によって決定される。
く、電気構成要素３の任意の調節／コントロールに使用
されても良い。測定電子装置５が電圧値を測定するため
の任意の好適なセンサも備えていない場合、あるいは適
切な測定電子装置が提供されていない場合、電圧実際値
は、いわゆる観測器による他の状態変数から決定または
推定される。電圧実際値は、ゆえに測定（測定値）およ
び／または推定（推定値）によって決定される。
【００２１】ＤＣ／ＡＣコンバータ（またはインバー
タ）１４およびＡＣ／ＤＣコンバータ（または整流器）
１５は、第２の電圧監視ユニット（詳細に示さず）に提
供されるのが好ましい。この第２の電圧監視ユニット
は、第１の電圧監視ユニットの、単一構成要素または非
冗長構成要素の保守性を監視するため、具体的にはＤＣ
／ＡＣコンバータ（またはインバータ）１１の動作を監
視するために使用される。ＡＣ／ＤＣコンバータ（また
は整流器）１５および／またはＤＣ／ＡＣコンバータ
（またはインバータ）１４は、ケーブル２内に存在する
電圧を決定し、電圧信号を生成し、この電圧信号をケー
ブル１６を介してコントロールおよび／または評価ユニ
ット１７に伝送するための手段を含む。この電圧信号の
形状または値は、ケーブル２に存在する電圧に依存し、
電圧が印加されないと０ボルトであり、電圧が回路、す
なわちケーブル２に印加されると０ボルトよりも高い値
を想定することが好ましい。この電圧信号は、以下の説
明ではＨＶ活動信号（電圧アクティブ）と称される。
タ）１４およびＡＣ／ＤＣコンバータ（または整流器）
１５は、第２の電圧監視ユニット（詳細に示さず）に提
供されるのが好ましい。この第２の電圧監視ユニット
は、第１の電圧監視ユニットの、単一構成要素または非
冗長構成要素の保守性を監視するため、具体的にはＤＣ
／ＡＣコンバータ（またはインバータ）１１の動作を監
視するために使用される。ＡＣ／ＤＣコンバータ（また
は整流器）１５および／またはＤＣ／ＡＣコンバータ
（またはインバータ）１４は、ケーブル２内に存在する
電圧を決定し、電圧信号を生成し、この電圧信号をケー
ブル１６を介してコントロールおよび／または評価ユニ
ット１７に伝送するための手段を含む。この電圧信号の
形状または値は、ケーブル２に存在する電圧に依存し、
電圧が印加されないと０ボルトであり、電圧が回路、す
なわちケーブル２に印加されると０ボルトよりも高い値
を想定することが好ましい。この電圧信号は、以下の説
明ではＨＶ活動信号（電圧アクティブ）と称される。
【００２２】使用者、保守、点検および保守業者の安全
性を確保するために、燃料電池システムの高電圧または
中間電圧範囲や、低電圧範囲からのＤＣ絶縁１２を提供
する。点線８は、このＤＣ絶縁を表す。ＤＣ絶縁１２
は、変圧器で提供されるのが好ましい。ＤＣ／ＡＣコン
バータ（またはインバータ）１４は、ＤＣ絶縁を有する
ケーブルを介してＡＣ／ＤＣコンバータ（または整流
器）１５（詳細に示さず）に接続される。対応して、Ａ
Ｃ／ＤＣコンバータ（または整流器）１３は、ＤＣ絶縁
を有するケーブル（詳細に示さず）を介してＤＣ／ＡＣ
コンバータ（またはインバータ）１１に接続される。第
１および第２のＡＣ／ＤＣコンバータ（または整流器）
１３は、互いに並列に接続される。
性を確保するために、燃料電池システムの高電圧または
中間電圧範囲や、低電圧範囲からのＤＣ絶縁１２を提供
する。点線８は、このＤＣ絶縁を表す。ＤＣ絶縁１２
は、変圧器で提供されるのが好ましい。ＤＣ／ＡＣコン
バータ（またはインバータ）１４は、ＤＣ絶縁を有する
ケーブルを介してＡＣ／ＤＣコンバータ（または整流
器）１５（詳細に示さず）に接続される。対応して、Ａ
Ｃ／ＤＣコンバータ（または整流器）１３は、ＤＣ絶縁
を有するケーブル（詳細に示さず）を介してＤＣ／ＡＣ
コンバータ（またはインバータ）１１に接続される。第
１および第２のＡＣ／ＤＣコンバータ（または整流器）
１３は、互いに並列に接続される。
【００２３】測定電子装置５は、ＤＣ絶縁用の関連手段
を有するのが好ましく、好ましくは光結合素子（ｏｐｔ
ｏｃｏｕｐｌｅｒ）７、または測定電子装置５は、ケー
ブル（詳細に示さず）を介して光結合素子またはＤＣ絶
縁用の手段７に接続する。ＤＣ絶縁用の手段は、一般簡
略化するため、本明細書では以下、光結合素子７と称さ
れる。測定電子装置５によって決定された電圧実際値
は、光結合素子７を介して、およびケーブル（詳細に示
さず）を介してコントロールおよび／または評価ユニッ
ト１７に伝送される。コントロールおよび／または評価
ユニット１７は、測定電子装置５から、または光結合素
子７から伝送されたアナログ信号をデジタル信号に変換
するアナログ／デジタルコンバータ（図示せず）を包含
しても良い。コントロールおよび／または評価ユニット
１７は、調節および／または評価アルゴリズムのような
アルゴリズムを内部に記憶し、電圧実際値を対応する事
前選択された限度値、好ましくは燃料電池ユニット１の
無負荷電圧と比較し、これらの限度値を超えるときを検
出する手段、具体的には記憶モジュールを包含する。コ
ントロールおよび／または評価ユニット１７は、調節お
よび／またはコントロール信号を伝送するために使用さ
れても良いケーブル２０を介して電気構成要素３に接続
するのが好ましい。
を有するのが好ましく、好ましくは光結合素子（ｏｐｔ
ｏｃｏｕｐｌｅｒ）７、または測定電子装置５は、ケー
ブル（詳細に示さず）を介して光結合素子またはＤＣ絶
縁用の手段７に接続する。ＤＣ絶縁用の手段は、一般簡
略化するため、本明細書では以下、光結合素子７と称さ
れる。測定電子装置５によって決定された電圧実際値
は、光結合素子７を介して、およびケーブル（詳細に示
さず）を介してコントロールおよび／または評価ユニッ
ト１７に伝送される。コントロールおよび／または評価
ユニット１７は、測定電子装置５から、または光結合素
子７から伝送されたアナログ信号をデジタル信号に変換
するアナログ／デジタルコンバータ（図示せず）を包含
しても良い。コントロールおよび／または評価ユニット
１７は、調節および／または評価アルゴリズムのような
アルゴリズムを内部に記憶し、電圧実際値を対応する事
前選択された限度値、好ましくは燃料電池ユニット１の
無負荷電圧と比較し、これらの限度値を超えるときを検
出する手段、具体的には記憶モジュールを包含する。コ
ントロールおよび／または評価ユニット１７は、調節お
よび／またはコントロール信号を伝送するために使用さ
れても良いケーブル２０を介して電気構成要素３に接続
するのが好ましい。
【００２４】ＤＣ／ＡＣコンバータ（またはインバー
タ）１１、その下流に接続された構成要素１３、５、
７、およびコントロールおよび／または評価ユニット１
７には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０から、適切な電圧、
好ましくは５ボルトが供給されるのが好ましい。不活動
燃料電池ユニット１の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０
それ自体には、低電圧回路１９から電圧および／または
電流が供給され、さらなる電流または電圧源、具体的に
はエネルギー貯蔵器を包含する。本発明による燃料電池
システムが自動車で使用される場合、ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ１０の電圧または電流供給源は、好ましくは自動車
電源システムで生成されても良い。活動燃料電池ユニッ
ト１の場合、電流または電圧源は、ＤＣ／ＡＣコンバー
タ（またはインバータ）１４、その下流に接続されるＡ
Ｃ／ＤＣコンバータ（または整流器）１５、およびケー
ブル１８を介して１５ボルトの電圧レベルで提供される
のが好ましい。燃料電池ユニット１のスイッチが一度切
断されると、ケーブル２に接続されるであろう静電容量
は、ＤＣ／ＡＣコンバータ（またはインバータ）１４、
ＡＣ／ＤＣコンバータ（または整流器）１５、ケーブル
（図示せず）、およびコントロールおよび／または評価
ユニット１７、および／またはコンバータ１５に接続さ
れる他のコントロールおよび／または評価ユニット（図
示せず）用の内部電圧源を介してこの経路で放電する。
放電プロセスは、５０ボルト未満で、６０秒以内行うこ
とが好ましい。
タ）１１、その下流に接続された構成要素１３、５、
７、およびコントロールおよび／または評価ユニット１
７には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０から、適切な電圧、
好ましくは５ボルトが供給されるのが好ましい。不活動
燃料電池ユニット１の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０
それ自体には、低電圧回路１９から電圧および／または
電流が供給され、さらなる電流または電圧源、具体的に
はエネルギー貯蔵器を包含する。本発明による燃料電池
システムが自動車で使用される場合、ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ１０の電圧または電流供給源は、好ましくは自動車
電源システムで生成されても良い。活動燃料電池ユニッ
ト１の場合、電流または電圧源は、ＤＣ／ＡＣコンバー
タ（またはインバータ）１４、その下流に接続されるＡ
Ｃ／ＤＣコンバータ（または整流器）１５、およびケー
ブル１８を介して１５ボルトの電圧レベルで提供される
のが好ましい。燃料電池ユニット１のスイッチが一度切
断されると、ケーブル２に接続されるであろう静電容量
は、ＤＣ／ＡＣコンバータ（またはインバータ）１４、
ＡＣ／ＤＣコンバータ（または整流器）１５、ケーブル
（図示せず）、およびコントロールおよび／または評価
ユニット１７、および／またはコンバータ１５に接続さ
れる他のコントロールおよび／または評価ユニット（図
示せず）用の内部電圧源を介してこの経路で放電する。
放電プロセスは、５０ボルト未満で、６０秒以内行うこ
とが好ましい。
【００２５】電気構成要素３にある電圧は、第１の電圧
実際値および第２の冗長電圧実際値が生成されるよう
に、監視される。電圧実際値はまた、本明細書では以
下、実際値と称される。本発明による燃料電池システム
では、第１の実際値は第１の測定電子装置５によって決
定され、第２の実際値は第２の測定電子装置５によって
決定される。加えて、ＤＣ／ＡＣコンバータ（またはイ
ンバータ）１４、および／またはＡＣ／ＤＣコンバータ
（または整流器）１５は、さらなに電圧信号を生成し、
いわゆるＨＶ活動信号は、電圧がケーブル２に存在する
とき、ケーブル１６を介してコントロールおよび／また
は評価ユニット１７に伝送される。ＨＶ活動信号を決定
すると、非冗長ＤＣ／ＡＣコンバータ（またはインバー
タ）１１の動作をチェックすることが可能となる。測定
電子装置５が提供されない場合、または電圧センサを節
約しようとする場合、実際値が観測器、例えばいわゆる
ルーエンバーガー観測器（非特許文献１を参照のこ
と。）を用いて決定されても良い。この場合、電圧実際
値は、燃料電池システムの他の有効状態変数から決定ま
たは推定（推定値）される。
実際値および第２の冗長電圧実際値が生成されるよう
に、監視される。電圧実際値はまた、本明細書では以
下、実際値と称される。本発明による燃料電池システム
では、第１の実際値は第１の測定電子装置５によって決
定され、第２の実際値は第２の測定電子装置５によって
決定される。加えて、ＤＣ／ＡＣコンバータ（またはイ
ンバータ）１４、および／またはＡＣ／ＤＣコンバータ
（または整流器）１５は、さらなに電圧信号を生成し、
いわゆるＨＶ活動信号は、電圧がケーブル２に存在する
とき、ケーブル１６を介してコントロールおよび／また
は評価ユニット１７に伝送される。ＨＶ活動信号を決定
すると、非冗長ＤＣ／ＡＣコンバータ（またはインバー
タ）１１の動作をチェックすることが可能となる。測定
電子装置５が提供されない場合、または電圧センサを節
約しようとする場合、実際値が観測器、例えばいわゆる
ルーエンバーガー観測器（非特許文献１を参照のこ
と。）を用いて決定されても良い。この場合、電圧実際
値は、燃料電池システムの他の有効状態変数から決定ま
たは推定（推定値）される。
【００２６】第１の実際値は第１の事前選択された限度
値と比較され、および／または第２の実際値は第２の事
前選択された限度値と比較される。限度値は、燃料電池
ユニット１の無負荷電圧に相当するのが好ましいが、異
なる方法で事前選択されても良い。第１および第２の実
際値は、両方が測定値、両方が推定値、または実際値の
２つのうち一方が推定値で、他方が測定値であっても良
い。
値と比較され、および／または第２の実際値は第２の事
前選択された限度値と比較される。限度値は、燃料電池
ユニット１の無負荷電圧に相当するのが好ましいが、異
なる方法で事前選択されても良い。第１および第２の実
際値は、両方が測定値、両方が推定値、または実際値の
２つのうち一方が推定値で、他方が測定値であっても良
い。
【００２７】例えば、電気負荷３が、最大４２５ボルト
＋／−２％までの通常動作またはコントロール範囲のＤ
Ｃ／ＤＣコンバータである場合、および燃料電池ユニッ
ト１への損傷を避けるために、その照準が４５０ボルト
以下でケーブル２上の燃料電池ユニット１に存在させる
ことである場合、および最大電力レベルが発せられ、負
荷制限が突然行われるとき、ＤＣ／ＤＣコンバータが５
ボルトの最大電圧オーバーシュートを有する場合、第１
の実際値の第１の限度値は好ましくは４２５ボルト＋／
−２％であり、第２の実際値の第２の限度値は好ましく
は４４０ボルト＋／−１％である。
＋／−２％までの通常動作またはコントロール範囲のＤ
Ｃ／ＤＣコンバータである場合、および燃料電池ユニッ
ト１への損傷を避けるために、その照準が４５０ボルト
以下でケーブル２上の燃料電池ユニット１に存在させる
ことである場合、および最大電力レベルが発せられ、負
荷制限が突然行われるとき、ＤＣ／ＤＣコンバータが５
ボルトの最大電圧オーバーシュートを有する場合、第１
の実際値の第１の限度値は好ましくは４２５ボルト＋／
−２％であり、第２の実際値の第２の限度値は好ましく
は４４０ボルト＋／−１％である。
【００２８】第１の実際値が第１の限度値を超える場
合、故障信号が生成され、および／または電気構成要素
３のスイッチが切断される。故障信号および／またはス
イッチ切断プロセスは、コントロールおよび／または評
価ユニット１７によって開始されるのが好ましい。電気
構成要素３のスイッチを切断されるために、コントロー
ルおよび／または評価ユニット１７は、適切なコントロ
ール信号を、好ましくはケーブル２０を介して電気構成
要素３に伝送する。
合、故障信号が生成され、および／または電気構成要素
３のスイッチが切断される。故障信号および／またはス
イッチ切断プロセスは、コントロールおよび／または評
価ユニット１７によって開始されるのが好ましい。電気
構成要素３のスイッチを切断されるために、コントロー
ルおよび／または評価ユニット１７は、適切なコントロ
ール信号を、好ましくはケーブル２０を介して電気構成
要素３に伝送する。
【００２９】第２の実際値が第２の限度値を超える場
合、故障信号が生成され、および／または電気構成要素
３のスイッチが切断される。電気構成要素３のスイッチ
を切断するために、コントロールおよび／または評価ユ
ニット１７は、適切なコントロール信号をケーブル２０
を介して電気構成要素３に伝送する。
合、故障信号が生成され、および／または電気構成要素
３のスイッチが切断される。電気構成要素３のスイッチ
を切断するために、コントロールおよび／または評価ユ
ニット１７は、適切なコントロール信号をケーブル２０
を介して電気構成要素３に伝送する。
【００３０】測定電子装置５は、それぞれがＡＣ／ＤＣ
コンバータ（または整流器）１３、好ましくは光結合素
子７を有する冗長構造を有する。ＡＣ／ＤＣコンバータ
（または整流器）１３、その下流に接続された測定電子
装置５、およびその下流に接続された構成要素７、例え
ば測定電子装置５を具備する第１の測定群内で１つの構
成要素が故障した場合、同様に形成される第２の測定群
によって決定される実際値が電圧監視のために使用さ
れ、逆もまた同じである。構成要素の故障は、第１の測
定電子装置５によって決定された、第１の実際値を、第
２の測定電子装置５によって決定された、第２の実際値
と比較し、好ましくはコントロールおよび／または評価
ユニット１７によって決定されるのが好ましい。
コンバータ（または整流器）１３、好ましくは光結合素
子７を有する冗長構造を有する。ＡＣ／ＤＣコンバータ
（または整流器）１３、その下流に接続された測定電子
装置５、およびその下流に接続された構成要素７、例え
ば測定電子装置５を具備する第１の測定群内で１つの構
成要素が故障した場合、同様に形成される第２の測定群
によって決定される実際値が電圧監視のために使用さ
れ、逆もまた同じである。構成要素の故障は、第１の測
定電子装置５によって決定された、第１の実際値を、第
２の測定電子装置５によって決定された、第２の実際値
と比較し、好ましくはコントロールおよび／または評価
ユニット１７によって決定されるのが好ましい。
【００３１】正確な電圧決定を確実に行うために、第１
の実際値は、ゆえに第２の実際値と、好ましくは連続し
て、または実質的に連続して比較され、比較値が形成さ
れる。この比較値、好ましくはこの比較値の大きさが第
３の事前選択された限度値を超える場合、第１の測定群
の少なくとも１つの構成要素５、７、１３、または第２
の測定群の少なくとも１つの構成要素が故障している。
の実際値は、ゆえに第２の実際値と、好ましくは連続し
て、または実質的に連続して比較され、比較値が形成さ
れる。この比較値、好ましくはこの比較値の大きさが第
３の事前選択された限度値を超える場合、第１の測定群
の少なくとも１つの構成要素５、７、１３、または第２
の測定群の少なくとも１つの構成要素が故障している。
【００３２】加えて、ＨＶ活動信号は、電圧がケーブル
または回路２に印加されるとＤＣ／ＡＣコンバータ（ま
たはインバータ）１４によって、および／またはＡＣ／
ＤＣコンバータ（または整流器）１５によって生成さ
れ、このＨＶ活動信号は、ケーブル１６を介してコント
ロールおよび／または評価ユニット１７に伝送される。
ＤＣ／ＡＣコンバータ（またはインバータ）１１が、障
害または誤動作のために故障しており、その結果、測定
電子装置５およびＡＣ／ＤＣコンバータ（または整流
器）１３に給電されない場合、第１および第２の電圧実
際値は、特に０Ｖが２つの測定電子装置デバイス５によ
って全く感知されないか、誤って感知される。コントロ
ールおよび／または評価ユニット１７は、決定されなか
った、または誤って決定された電圧実際値を、ＨＶ活動
信号と比較することによってＤＣ／ＡＣコンバータ（ま
たはインバータ）１１の故障、および／または構成要素
５、７、１３を具備するそれぞれの測定群の故障を確認
する。コントロールおよび／または評価ユニット１７が
第１の電圧監視ユニットの故障を確認する場合、故障信
号を生成し、および／または電気構成要素３のスイッチ
を切断する。電気構成要素３のスイッチを切断するため
に、コントロールおよび／または評価ユニット１７は、
適切なコントロール信号を、好ましくはケーブル２０を
介して、電気構成要素３に伝送する。
または回路２に印加されるとＤＣ／ＡＣコンバータ（ま
たはインバータ）１４によって、および／またはＡＣ／
ＤＣコンバータ（または整流器）１５によって生成さ
れ、このＨＶ活動信号は、ケーブル１６を介してコント
ロールおよび／または評価ユニット１７に伝送される。
ＤＣ／ＡＣコンバータ（またはインバータ）１１が、障
害または誤動作のために故障しており、その結果、測定
電子装置５およびＡＣ／ＤＣコンバータ（または整流
器）１３に給電されない場合、第１および第２の電圧実
際値は、特に０Ｖが２つの測定電子装置デバイス５によ
って全く感知されないか、誤って感知される。コントロ
ールおよび／または評価ユニット１７は、決定されなか
った、または誤って決定された電圧実際値を、ＨＶ活動
信号と比較することによってＤＣ／ＡＣコンバータ（ま
たはインバータ）１１の故障、および／または構成要素
５、７、１３を具備するそれぞれの測定群の故障を確認
する。コントロールおよび／または評価ユニット１７が
第１の電圧監視ユニットの故障を確認する場合、故障信
号を生成し、および／または電気構成要素３のスイッチ
を切断する。電気構成要素３のスイッチを切断するため
に、コントロールおよび／または評価ユニット１７は、
適切なコントロール信号を、好ましくはケーブル２０を
介して、電気構成要素３に伝送する。
【００３３】実際値の互いに対する、および対応する限
度値との比較、およびＨＶ活動信号の評価および比較
は、コントロールおよび／または評価ユニット１７内、
または他のコントロールおよび／または評価ユニット内
に記憶されるソフトウエアによるアルゴリズムの形状で
便宜上実行される。これらの比較や評価は、但し、適切
な電子回路の形状にあるハードウエアで実行されても良
い。
度値との比較、およびＨＶ活動信号の評価および比較
は、コントロールおよび／または評価ユニット１７内、
または他のコントロールおよび／または評価ユニット内
に記憶されるソフトウエアによるアルゴリズムの形状で
便宜上実行される。これらの比較や評価は、但し、適切
な電子回路の形状にあるハードウエアで実行されても良
い。
【００３４】本発明による燃料電池システムおよび本発
明による方法は、自動車の従動ホイール用のトラクショ
ンモータに給電する燃料電池システムを有する自動車で
使用されるのが好ましい。トラクションモータは、制動
エネルギーを電気エネルギーに変換することによって、
例えば自動車電源システムに給電するための発電機とし
て利用されても良い。
明による方法は、自動車の従動ホイール用のトラクショ
ンモータに給電する燃料電池システムを有する自動車で
使用されるのが好ましい。トラクションモータは、制動
エネルギーを電気エネルギーに変換することによって、
例えば自動車電源システムに給電するための発電機とし
て利用されても良い。
【図１】 電圧監視システムの概略回路を備えた本発明
による燃料電池システムの概略図。
による燃料電池システムの概略図。
１ 燃料電池ユニット
２ ケーブル
３ 電気構成要素
４ 電圧監視システム
５ 測定電子装置
６ ケーブル
７ 光結合素子
８ 点線
１０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１ ＤＣ／ＡＣコンバータ（またはインバータ）
１２ ＤＣ絶縁
１３ ＡＣ／ＤＣコンバータ（または整流器）
１４ ＤＣ／ＡＣコンバータ（またはインバータ）
１５ ＡＣ／ＤＣコンバータ（または整流器）
１６ ケーブル
１７ コントロールおよび／または評価ユニット
１８ ケーブル
１９ 低電圧回路
２０ ケーブル
Claims (17)
- 【請求項１】 ケーブルを介して電気構成要素に接続さ
れた燃料電池ユニットを有する燃料電池システムを電圧
監視する方法であって、 第１の実際値および第２の冗長実際値は、前記電気構成
要素に存在する電圧から生成され、前記第１の実際値が
第１の限度値と比較され、または前記第２の実際値が第
２の限度値と比較されることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記第１の実際値は前記第２の実際値と
比較され、比較値が形成されることを特徴とする、請求
項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記第１の限度値を超えた場合、故障信
号が生成され、または前記電気構成要素のスイッチが切
断されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記第２の限度値を超えた場合、故障信
号が生成され、または前記電気構成要素のスイッチが切
断されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記比較値または該比較値の大きさが第
３の限度値を超えた場合、故障信号が生成され、または
前記電気構成要素のスイッチが切断されることを特徴と
する、請求項２に記載の方法。 - 【請求項６】 前記第１または前記第２の限度値は前記
燃料電池ユニットの無負荷電圧に等しいことを特徴とす
る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 前記第２の限度値は前記第１の限度値よ
りも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 電圧がケーブルに存在するとき追加電圧
信号が生成されることを特徴とする、請求項１に記載の
方法。 - 【請求項９】 前記追加電圧信号は、前記第１または前
記第２の実際値と比較されることを特徴とする、請求項
８に記載の方法。 - 【請求項１０】 燃料電池ユニットを有する燃料電池シ
ステムであって、電気構成要素がケーブルを介して前記
燃料電池ユニットの出力部に接続され、前記電気構成要
素が冗長関連電圧監視システムを有する、燃料電池シス
テム。 - 【請求項１１】 前記電圧監視システムは第１および第
２の電圧監視ユニットを収容することを特徴とする、請
求項１０に記載の燃料電池システム。 - 【請求項１２】 前記第１の電圧監視ユニットは、測定
電子装置またはコンバータを有することを特徴とする、
請求項１１に記載の燃料電池システム。 - 【請求項１３】 前記第１の電圧監視ユニットは、第１
および第２の測定電子装置または第１および第２のコン
バータを有することを特徴とする、請求項１２に記載の
燃料電池システム。 - 【請求項１４】 前記第２の電圧監視ユニットは、電圧
が前記ケーブルに存在するとき電圧信号を生成する手段
を有することを特徴とする、請求項１１に記載の燃料電
池システム。 - 【請求項１５】 前記測定電子装置はコントロールおよ
び評価ユニットに接続されることを特徴とする、請求項
１２に記載の燃料電池システム。 - 【請求項１６】 前記電気構成要素は双方向コンバータ
であることを特徴とする、請求項１０に記載の燃料電池
システム。 - 【請求項１７】 前記電気構成要素はコンバータまたは
電気機械であることを特徴とする、請求項１０に記載の
燃料電池システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10218669.3A DE10218669B4 (de) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Spannungsüberwachung für ein Brennstoffzellensystem |
| DE10218669.3 | 2002-04-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003346858A true JP2003346858A (ja) | 2003-12-05 |
| JP3741313B2 JP3741313B2 (ja) | 2006-02-01 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003113908A Expired - Fee Related JP3741313B2 (ja) | 2002-04-26 | 2003-04-18 | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの電圧監視方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3741313B2 (ja) |
| DE (1) | DE10218669B4 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JPWO2005113401A1 (ja) * | 2004-05-24 | 2008-03-27 | 三菱電機株式会社 | エレベータ制御装置 |
| US7369963B2 (en) | 2005-03-16 | 2008-05-06 | Fujitsu Limited | System managing apparatus, information processing apparatus, and method of implementing redundant system-managing apparatus |
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| JP4814815B2 (ja) * | 2007-02-28 | 2011-11-16 | 本田技研工業株式会社 | セル電圧モニタの故障判定装置 |
| KR100902507B1 (ko) | 2007-04-17 | 2009-06-15 | 삼성전자주식회사 | 전력 조절장치 및 그 운영방법 |
| DE102007061729A1 (de) * | 2007-12-20 | 2009-06-25 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Erkennung eines elektrischen Fehlers in einem elektrischen Netzwerk eines Kraftfahrzeugs |
| FR2971854B1 (fr) * | 2011-02-21 | 2013-10-25 | Renault Sa | Dispositif embarque d'estimation du vieillissement d'une batterie d'alimentation de vehicule automobile et procede correspondant. |
| DE102011079126B4 (de) * | 2011-07-14 | 2023-02-02 | Robert Bosch Gmbh | Batteriemanagementsystem, Batterie, Kraftfahrzeug mit Batteriemanagementsystem sowie Verfahren zur Überwachung einer Batterie |
| DE102011079292A1 (de) * | 2011-07-18 | 2013-01-24 | Sb Limotive Company Ltd. | Batteriemanagementsystem und dazugehöriges Verfahren zur Bestimmung eines Ladezustands einer Batterie, Batterie mit Batteriemanagementsystem und Kraftfahrzeug mit Batteriemanagementsystem |
| US8766584B2 (en) | 2011-11-14 | 2014-07-01 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | System and method for managing DC link switching harmonics |
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| JP5903628B2 (ja) * | 2012-06-14 | 2016-04-13 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電力変換装置 |
| DE202013102572U1 (de) * | 2013-06-17 | 2014-09-18 | Sma Solar Technology Ag | Schaltungsanordnung zur fehlerüberwachten Spannungsmessung und entsprechender Wechselrichter |
| DE102017110152B4 (de) * | 2017-05-10 | 2019-03-07 | Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft | Verfahren zur ISO 26262 konformen Überwachung der Versorgungsspannung VCC eines integrierten Sensorschaltkreises innerhalb eines Sensorsystems mit einem Mikrorechner |
| DE102017110154B4 (de) * | 2017-05-10 | 2021-01-21 | Elmos Semiconductor Se | Verfahren zur ISO 26262 konformen Überwachung der Versorgungsspannung VCC eines integrierten Sensorschaltkreises einer Fußgängeraufpralldämpfungsvorrichtung |
| PL3680672T3 (pl) * | 2019-01-09 | 2024-04-22 | Microelettrica Scientifica S.P.A. | Ulepszone urządzenie do pomiaru mocy elektrycznej pobieranej przez pojazd kolejowy z elektrycznej linii zasilającej wysokiego napięcia |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2973920B2 (ja) | 1995-05-24 | 1999-11-08 | トヨタ自動車株式会社 | ハイブリッド電気自動車 |
| DE19523260C2 (de) * | 1995-06-27 | 1998-01-15 | Daimler Benz Ag | Verfahren zur Überwachung von mehr als zwei gleichartigen Spannungsquelleneinheiten |
| JP3661826B2 (ja) | 1997-11-06 | 2005-06-22 | 富士電機ホールディングス株式会社 | 燃料電池発電制御方法 |
| DE19827880C1 (de) * | 1998-06-23 | 1999-12-23 | Dbb Full Cell Engines Gmbh | Schaltungsanordnung für ein Brennstoffzellenverbundsystem und Verfahren zum Betreiben einer solchen Schaltungsanordnung |
| JP2000089762A (ja) | 1998-07-03 | 2000-03-31 | Ujihide Tokuda | ミニ電子楽器用の鍵盤、スピ―カ―付き手袋 |
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2002
- 2002-04-26 DE DE10218669.3A patent/DE10218669B4/de not_active Expired - Fee Related
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2003
- 2003-04-18 JP JP2003113908A patent/JP3741313B2/ja not_active Expired - Fee Related
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