DE-102017124833-B4 - Spannungssteuerungsverfahren und -system für Brennstoffzelle

Abstract

Verfahren des Steuerns einer Spannung einer Brennstoffzelle (10), das Verfahren aufweisend Schritte des: Ermittelns (S100), ob ein Modus ein Hohe-Spannung-Vermeidungsmodus der Brennstoffzelle (10) ist, Steuerns einer Brennstoffzellenstapel-Spannung, so dass sie ein vorbestimmter Referenzwert oder weniger ist (S200), wenn der Modus der Hohe-Spannung-Vermeidungsmodus der Brennstoffzelle (10) ist, Überwachens von Individuelle-Zelle-Spannungen der Brennstoffzelle (10) und Ermittelns (S300), ob ein Maximalwert der überwachten Individuelle-Zelle-Spannungen einen vorbestimmten individuellen Wert überschreitet, Verringerns eines Referenzwerts der Brennstoffzellenstapel-Spannung (S500), wenn der Maximalwert der überwachten Individuelle-Zelle-Spannungen den vorbestimmten individuellen Wert überschreitet, und Steuerns der Brennstoffzellenstapel-Spannung auf den verringerten Referenzwert oder weniger (S600), das Verfahren ferner aufweisend einen Schritt eines Überwachens (S400) eines Ladezustands (SOC) einer Batterie (50) vor dem Verringern eines Referenzwerts der Brennstoffzellenstapel-Spannung (S500), wobei bei dem Schritt des Verringerns des Referenzwerts der Brennstoffzellenstapel-Spannung (S500) ein Verringerungsbetrag des Referenzwerts unterschiedlich gemäß dem überwachten Ladezustand der Batterie (50) gesetzt wird.

Inventors

• Gun Hyung Park
• Dae Jong Kim
• Seung Yoon Lee

Assignees

• HYUNDAI MOTOR COMPANY
• KIA MOTORS CORPORATION

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20171024

Priority Date

20170411

Claims (11)

1. Verfahren des Steuerns einer Spannung einer Brennstoffzelle (10), das Verfahren aufweisend Schritte des: Ermittelns (S100), ob ein Modus ein Hohe-Spannung-Vermeidungsmodus der Brennstoffzelle (10) ist, Steuerns einer Brennstoffzellenstapel-Spannung, so dass sie ein vorbestimmter Referenzwert oder weniger ist (S200), wenn der Modus der Hohe-Spannung-Vermeidungsmodus der Brennstoffzelle (10) ist, Überwachens von Individuelle-Zelle-Spannungen der Brennstoffzelle (10) und Ermittelns (S300), ob ein Maximalwert der überwachten Individuelle-Zelle-Spannungen einen vorbestimmten individuellen Wert überschreitet, Verringerns eines Referenzwerts der Brennstoffzellenstapel-Spannung (S500), wenn der Maximalwert der überwachten Individuelle-Zelle-Spannungen den vorbestimmten individuellen Wert überschreitet, und Steuerns der Brennstoffzellenstapel-Spannung auf den verringerten Referenzwert oder weniger (S600), das Verfahren ferner aufweisend einen Schritt eines Überwachens (S400) eines Ladezustands (SOC) einer Batterie (50) vor dem Verringern eines Referenzwerts der Brennstoffzellenstapel-Spannung (S500), wobei bei dem Schritt des Verringerns des Referenzwerts der Brennstoffzellenstapel-Spannung (S500) ein Verringerungsbetrag des Referenzwerts unterschiedlich gemäß dem überwachten Ladezustand der Batterie (50) gesetzt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei bei dem Schritt des Verringerns des Referenzwerts der Brennstoffzellenstapel-Spannung (S500), je höher der überwachte Ladezustand der Batterie (50) ist, der Verringerungsbetrag des Referenzwerts der Brennstoffzelle (10) umso geringer ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 , wobei bei dem Schritt des Verringerns des Referenzwerts der Brennstoffzellenstapel-Spannung (S500), je niedriger der überwachte Ladezustand der Batterie (50) ist, der Verringerungsbetrag des Referenzwerts der Brennstoffzelle (10) umso größer ist.
4. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei, wenn der Ladezustand der Batterie (50), welcher in dem Schritt (S400) des Überwachens des SOC der Batterie (50) überwacht wird, ein vorbestimmter Ladezustand (β) oder mehr ist, der Referenzwert der Brennstoffzellenstapel-Spannung beim Verringern eines Referenzwerts der Brennstoffzellenstapel-Spannung beibehalten wird, sogar falls ein Maximum der Individuelle-Zelle-Spannungen den vorbestimmten individuellen Wert überschreitet.
5. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4 , ferner aufweisend Schritte des: nach dem Schritt des Verringerns des Referenzwerts der Brennstoffzellenstapelspannung (S500), Überwachens eines Ladestroms (S700) für die Batterie (50), und Verringerns einer Ausgabe (S800) des Brennstoffzellenstapels, wenn der überwachte Ladestrom für die Batterie (50) ein vorbestimmter Ladestrom oder mehr ist.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5 , wobei beim Schritt des Verringerns der Ausgabe (S800) des Brennstoffzellenstapels eine Luftmenge, welche dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird, verringert wird.
7. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei beim Schritt des Ermittelns (S100), ob ein Modus ein Hohe-Spannung-Vermeidungsmodus ist, ermittelt wird, dass der Modus der Hohe-Spannung-Vermeidungsmodus der Brennstoffzelle (10) ist, wenn ein geforderter Strom für den Brennstoffzellenstapel ein vorbestimmter geforderter Wert (A) oder weniger ist.
8. System zum Steuern einer Spannung einer Brennstoffzelle (10), aufweisend: einen Hohe-Spannung-Vermeidungsmodus-Ermittler (20) zum Ermitteln, ob ein Modus ein Hohe-Spannung-Vermeidungsmodus der Brennstoffzelle (10) ist, einen Individuelle-Zelle-Spannung-Überwacher (30) zum Berechnen und Überwachen von Spannungen von individuellen Zellen der Brennstoffzelle (10), eine Brennstoffzellenstapel-Spannung-Steuereinheit (40) zum Steuern einer Brennstoffzellenstapel-Spannung, so dass sie auf einem vorbestimmten Referenzwert oder weniger ist, wenn der Hohe-Spannung-Vermeidungsmodus-Ermittler (20) ermittelt, dass der Modus der Hohe-Spannung-Vermeidungsmodus ist, und zum Verringern des vorbestimmten Referenzwerts und Steuern der Brennstoffzellenstapel-Spannung auf den verringerten Referenzwert oder weniger, wenn ein Maximalwert der Spannungen der individuellen Zellen, welche durch den Individuelle-Zelle-Spannung-Überwacher (30) überwacht werden, einen vorbestimmten individuellen Wert überschreitet, und einen Ladezustandssensor (SOC-Sensor 52) zum Überwachen eines Ladezustands einer Batterie (50), wobei bei dem Verringern des Referenzwerts der Brennstoffzellenstapel-Spannung ein Verringerungsbetrag des Referenzwerts unterschiedlich gemäß dem überwachten Ladezustand der Batterie (50) gesetzt wird.
9. System gemäß Anspruch 8 , wobei die Brennstoffzellenstapel-Spannung-Steuereinheit (40) einen Verringerungsbetrag des Referenzwerts der Brennstoffzelle (10) verringert, wenn der durch den SOC-Sensor überwachte Ladezustand der Batterie (50) hoch ist, und den Verringerungsbetrag des Referenzwerts der Brennstoffzelle erhöht, wenn der überwachte Ladezustand der Batterie (50) niedrig ist.
10. System gemäß Anspruch 8 oder 9 , wobei, wenn der durch den SOC-Sensor überwachte Ladezustand der Batterie (50) ein vorbestimmter Ladezustand oder größer ist, die Brennstoffzellenstapel-Spannung-Steuereinheit (40) den Referenzwert der Brennstoffzellenstapel-Spannung beibehält, sogar falls der Maximalwert der Individuelle-Zelle-Spannungen den vorbestimmten individuellen Wert überschreitet.
11. System gemäß irgendeinem der Ansprüche 8 bis 10 , ferner aufweisend: einen Ladestromsensor (53) zum Überwachen des Ladestroms für die Batterie (50), und eine Ausgabesteuereinheit (60) zum Steuern einer Ausgabe des Brennstoffzellenstapels, wobei, wenn der durch den Ladestromsensor (53) überwachte Ladestrom für die Batterie (50) ein vorbestimmter Ladestrom oder größer ist, die Ausgabesteuereinheit (60) die Ausgabe des Brennstoffzellenstapels verringert.

Description

Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Steuern einer Spannung einer Brennstoffzelle, wobei das Verfahren und das System in der Lage sind, eine Haltbarkeit eines Brennstoffzellenstapels (in Englisch „fuel cell stack“) durch Variieren des Maximalbefehl-Spannungswerts des Brennstoffzellenstapels auf Basis der Individuelle-Zelle-Spannung (bzw. Einzelzelle-Spannung) zu verbessern. Hintergrund Eine Brennstoffzelle, welche eine Art von Vorrichtung ist, die chemische Energie aus einem Brennstoff in elektrische Energie durch eine elektrochemische Reaktion in einem Brennstoffzellenstapel umwandelt, ohne dabei die chemische Energie durch Verbrennen des Brennstoffs in Wärme umzuwandeln, kann nicht nur zur Energieversorgung für Industrie, Haushalt und Fahrzeuge verwendet werden, sondern auch zur Energieversorgung für kleine elektrische/elektronische Produkte, insbesondere Mobilgeräte. Jüngst wurden insbesondere Brennstoffzellen, welche durch Verbinden von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugte Energie nutzen, untersucht. Wenn ein Brennstoffzellenstapel einer OCV (Ruhespannung; Engl. „open circuit voltage“) ausgesetzt wird, kann sie beschädigt werden und wird die Leistungsfähigkeit des Stapels verschlechtert, so dass Technologien zum Verhindern dieses Problems untersucht wurden. Eine Technologie des Begrenzens der oberen Grenzspannung eines Brennstoffzellenstapels auf ein vorbestimmtes Niveau zum Verbessern der Haltbarkeit des Brennstoffzellenstapels wurde offenbart. Wenn jedoch die obere Grenzspannung eines gesamten Stapels auf ein vorbestimmtes Niveau begrenzt wird, werden aufgrund von Spannungsunterschieden unter den individuellen Zellen die individuellen Zellen des Stapels einer hohen Spannung ausgesetzt, selbst wenn die Spannung des gesamten Stapels nicht die obere Grenzspannung überschreitet, so dass die Verschlechterung (z.B. die Beschädigung, der Verschleiß, etc.) individueller Zellen nicht verhindert werden kann. Die oben bereitgestellte Beschreibung als eine bezogene Technik der vorliegenden Offenbarung dient lediglich dem Fördern des Verständnisses des Hintergrunds der vorliegenden Offenbarung und sollte nicht als zum Stand der Technik, wie er dem Fachmann bekannt ist, gehörend angesehen werden. Ferner offenbart die DE 11 2008 000 096 T5 ein Brennstoffzellensystem umfassend: eine Brennstoffzelle, die zur Leistungserzeugung ein zugeführtes Reaktionsgas empfängt, und eine Steuervorrichtung, die derart ausgebildet ist, dass sie, wenn eine Leistungsanforderung für die Brennstoffzelle geringer ist als ein vorgegebener Wert, steuerbar die Zufuhr des Reaktionsgases zur Brennstoffzelle stoppt, und eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle gleich einer Spannung zur Vermeidung eines Hochpotentials hält, die niedriger ist als eine Leerlaufspannung, und, wenn die Leistungsanforderung für die Brennstoffzelle gleich oder größer ist als ein vorgegebener Wert, die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle steuert, wobei die Spannung zur Vermeidung eines Hochpotentials als oberer Grenzwert eingestellt ist. Erläuterung der Erfindung Die vorliegende Erfindung wurde im Bestreben getätigt, die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein System zum Steuern einer Spannung einer Brennstoffzelle zu schaffen, wobei das Verfahren und das System eine Spannung eines Brennstoffzellenstapels gemäß dem Ladezustand einer Batterie auf der Grundlage der Spannung individueller Zellen (nachstehend auch „Individuelle-Zelle-Spannung“ genannt) eines Brennstoffzellenstapels variiert. Um das obige Ziel zu erreichen wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren des Steuerns einer Spannung einer Brennstoffzelle nach Anspruch 1 bereitgestellt, das Verfahren aufweisend Schritte des: Ermittelns, ob ein Modus ein Hohe-Spannung-Vermeidungsmodus (z.B. ein Steuerungsmodus eine Hohe-Spannung-Vermeidungssteuerung) der Brennstoffzelle ist, Steuerns einer Brennstoffzellenstapel-Spannung auf einen vorbestimmten Referenzwert oder weniger, wenn der Modus der Hohe-Spannung-Vermeidungsmodus der Brennstoffzelle ist, Überwachens von Individuelle-Zelle-Spannungen der Brennstoffzelle (z.B. Überwachung von Spannungen der Einzelzellen bzw. Elementarzellen des Brennstoffzellenstapels) und Ermittelns, ob ein Maximalwert der überwachten Individuelle-Zelle-Spannungen einen vorbestimmten individuellen Wert (z.B. einen auf die Einzelzelle bezogenen (Spannungs-)Schwellenwert) überschreitet, Verringerns eines Referenzwerts der Brennstoffzellenstapel-Spannung, wenn der Maximalwert der überwachten Individuelle-Zelle-Spannungen den vorbestimmten individuellen Wert überschreitet, und Steuerns der Brennstoffzellenstapel-Spannung auf den verringerten Referenzwert oder weniger. Das Verfahren weist erfindungsgemäß ferner einen Schritt des Überwachens eines Ladezustands (SOC) einer Batterie vor dem Verringern eines Referenzwerts der Brennstoffzellenstapel-Spannung auf, u