DE-102018109395-B4 - Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug

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Abstract

Brennstoffzellensystem (10), welches auf einem Fahrzeug montiert werden soll, aufweisend: eine Brennstoffzelle (100), welche derart konfiguriert ist, dass diese elektrische Leistung unter Verwendung von Reaktionsgas erzeugt; eine Sekundärbatterie (120), welche derart konfiguriert ist, dass diese elektrische Leistung laden und entladen kann; einen Sekundärbatteriewandler (130), welcher zwischen einem Antriebsmotor (220) zum Antreiben des Fahrzeugs und der Sekundärbatterie (120) elektrisch verbunden ist, wobei der Sekundärbatteriewandler (130) derart konfiguriert ist, dass dieser eine Spannungswandlung zwischen dem Antriebsmotor (220) und der Sekundärbatterie (120) durchführt; eine Steuerungsvorrichtung (160), welche derart konfiguriert ist, dass diese das Brennstoffzellensystem (10) steuert; und einen Brennstoffzellenwandler (110), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser einen Erhöhungsvorgang zum Erhöhen einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle (100) auf eine Zielspannung durchführt und mit einem Motorwechselrichter (150) elektrisch verbunden ist, der mit dem Antriebsmotor (220) elektrisch verbunden ist, wobei die Steuerungsvorrichtung (160) derart konfiguriert ist, dass diese eine solche Steuerung anwendet, dass elektrische Leistung während einer Zeitdauer eines Leistungsfahrbetriebs des Antriebsmotors (220) mit verringertem Drehmoment, bevor der Antriebsmotor (220) einen regenerativen Betrieb aufnimmt, ausgehend von dem Empfang einer Verzögerungsanweisung durch ein Gaspedal (210) zum Aufnehmen einer Geschwindigkeitssteuerungsanweisung für das Fahrzeug unter einer Bedingung, dass ein Ladegrad der Sekundärbatterie (120) größer oder gleich einem voreingestellten Wert ist, oder ausgehend von dem Empfang einer Verzögerungsanweisung durch das Gaspedal (210) unter einer Bedingung, dass eine ladefähige elektrische Leistung der Sekundärbatterie (120) kleiner oder gleich einem voreingestellten Wert ist, von der Sekundärbatterie (120) abgegeben wird, und die Steuerungsvorrichtung (160) derart konfiguriert ist, dass diese den Brennstoffzellenwandler (110) im Ansprechen auf die Verzögerungsanweisung so steuert, um das Niveau der Ausgangsleistung der Brennstoffzelle (100) um eine Abnahme oder mehr zu verringern, so dass von der Sekundärbatterie (120) der Anteil von elektrischer Leistung, welche in einem Ausmaß über die Abnahme der Ausgangsleistung der Brennstoffzelle (100) im Ansprechen auf die Verzögerungsanweisung hinaus verringert ist, abgegeben wird.

Inventors

Yuji Kakeno
Shinji Aso

Assignees

TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA

Dates

Publication Date: 20260507
Application Date: 20180419
Priority Date: 20170424

Claims (4)

Brennstoffzellensystem (10), welches auf einem Fahrzeug montiert werden soll, aufweisend: eine Brennstoffzelle (100), welche derart konfiguriert ist, dass diese elektrische Leistung unter Verwendung von Reaktionsgas erzeugt; eine Sekundärbatterie (120), welche derart konfiguriert ist, dass diese elektrische Leistung laden und entladen kann; einen Sekundärbatteriewandler (130), welcher zwischen einem Antriebsmotor (220) zum Antreiben des Fahrzeugs und der Sekundärbatterie (120) elektrisch verbunden ist, wobei der Sekundärbatteriewandler (130) derart konfiguriert ist, dass dieser eine Spannungswandlung zwischen dem Antriebsmotor (220) und der Sekundärbatterie (120) durchführt; eine Steuerungsvorrichtung (160), welche derart konfiguriert ist, dass diese das Brennstoffzellensystem (10) steuert; und einen Brennstoffzellenwandler (110), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser einen Erhöhungsvorgang zum Erhöhen einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle (100) auf eine Zielspannung durchführt und mit einem Motorwechselrichter (150) elektrisch verbunden ist, der mit dem Antriebsmotor (220) elektrisch verbunden ist, wobei die Steuerungsvorrichtung (160) derart konfiguriert ist, dass diese eine solche Steuerung anwendet, dass elektrische Leistung während einer Zeitdauer eines Leistungsfahrbetriebs des Antriebsmotors (220) mit verringertem Drehmoment, bevor der Antriebsmotor (220) einen regenerativen Betrieb aufnimmt, ausgehend von dem Empfang einer Verzögerungsanweisung durch ein Gaspedal (210) zum Aufnehmen einer Geschwindigkeitssteuerungsanweisung für das Fahrzeug unter einer Bedingung, dass ein Ladegrad der Sekundärbatterie (120) größer oder gleich einem voreingestellten Wert ist, oder ausgehend von dem Empfang einer Verzögerungsanweisung durch das Gaspedal (210) unter einer Bedingung, dass eine ladefähige elektrische Leistung der Sekundärbatterie (120) kleiner oder gleich einem voreingestellten Wert ist, von der Sekundärbatterie (120) abgegeben wird, und die Steuerungsvorrichtung (160) derart konfiguriert ist, dass diese den Brennstoffzellenwandler (110) im Ansprechen auf die Verzögerungsanweisung so steuert, um das Niveau der Ausgangsleistung der Brennstoffzelle (100) um eine Abnahme oder mehr zu verringern, so dass von der Sekundärbatterie (120) der Anteil von elektrischer Leistung, welche in einem Ausmaß über die Abnahme der Ausgangsleistung der Brennstoffzelle (100) im Ansprechen auf die Verzögerungsanweisung hinaus verringert ist, abgegeben wird.
Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 1 , wobei die Steuerungsvorrichtung (160) derart konfiguriert ist, dass diese, wenn das Gaspedal (210) unter der Bedingung, dass der Ladegrad der Sekundärbatterie (120) größer oder gleich dem voreingestellten Wert ist, die Verzögerungsanweisung empfangen hat, oder wenn das Gaspedal (210) unter der Bedingung, dass die ladefähige elektrische Leistung der Sekundärbatterie (120) kleiner oder gleich dem voreingestellten Wert ist, die Verzögerungsanweisung empfangen hat, eine solche Steuerung anwendet, dass eine Menge an elektrischer Leistung, welche von der Sekundärbatterie (120) zu dem Antriebsmotor (220) abzugeben ist, in einem Ausmaß entsprechend einer Zunahme eines Leistungsverlusts in dem Sekundärbatteriewandler (130) aufgrund der Entladung von elektrischer Leistung von der Sekundärbatterie (120), welche seit dem Empfangen der Verzögerungsanweisung fortgesetzt wurde, erhöht ist.
Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 1 oder 2 , ferner aufweisend eine Hilfseinrichtung (140), die mit einer DC-Leitung (DCL) verbunden ist, welche die Sekundärbatterie (120) und den Sekundärbatteriewandler (130) miteinander verbindet, wobei die Hilfseinrichtung (140) derart konfiguriert ist, dass diese durch den Verbrauch von elektrischer Leistung arbeitet, wobei die Steuerungsvorrichtung (160) derart konfiguriert ist, dass diese, wenn ein Betrieb des Antriebsmotors (220) nach dem Empfang der Verzögerungsanweisung des Gaspedals (210) unter der Bedingung, dass der Ladegrad der Sekundärbatterie (120) größer oder gleich dem voreingestellten Wert ist, oder nach dem Empfang der Verzögerungsanweisung des Gaspedals (210) unter der Bedingung, dass die ladefähige elektrische Leistung der Sekundärbatterie (120) kleiner oder gleich dem voreingestellten Wert ist, ausgehend von dem Leistungsfahrbetrieb, der mit verringertem Drehmoment ausgeführt wird, hin zu dem regenerativen Betrieb gewechselt wird, eine solche Steuerung anwendet, dass folgt, dass eine Entladung von elektrischer Leistung von der Sekundärbatterie (120) ausgehend von einem Betrieb unter dem Leistungsfahrbetrieb kontinuierlich ausgeführt wird und darüber hinaus elektrische Leistung, die von der Sekundärbatterie (120) abgegeben wird, sowie regenerative Leistung, welche durch den regenerativen Betrieb erzeugt wird, zu der Hilfseinrichtung (140) geführt werden, bis der regenerative Betrieb beendet ist.
Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 1 , ferner aufweisend eine Hilfseinrichtung (140), die mit einer DC-Leitung (DCL) verbunden ist, welche die Sekundärbatterie (120) und den Sekundärbatteriewandler (130) miteinander verbindet, wobei die Hilfseinrichtung (140) konfiguriert ist, um durch den Verbrauch von elektrischer Leistung zu arbeiten, wobei die Steuerungsvorrichtung (160) derart konfiguriert ist, dass diese den Antriebsmotor (220) und/oder die Hilfseinrichtung (140) veranlasst, elektrische Leistung zu verbrauchen, die von der Sekundärbatterie (120) abgegeben wird.

Description

Hintergrund Gebiet Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Brennstoffzellensystem. Zugehöriger Stand der Technik Aus herkömmlichen Brennstoffzellensystemen, die auf einem Fahrzeug montiert werden sollen, existiert eines, bei welchem eine Sekundärbatterie mit regenerativer elektrischer Leistung geladen wird, die durch einen regenerativen Betrieb eines Antriebsmotors gebildet bzw. erzeugt wird. Es gibt ebenso eine bekannte Technologie, bei welcher mit Einschränkungen hinsichtlich des Ladens der Sekundärbatterie Hilfseinrichtungen betrieben werden, um die regenerative Leistung zu verbrauchen. Hinsichtlich der Steuerungsvorrichtung der JP 2013-150388 A würde mit Einschränkungen hinsichtlich des Ladens der Sekundärbatterie der Fall vorliegen, dass regenerative elektrische Leistung durch Ausnutzen von Leistungsverlusten aufgrund einer bei zwei Motor-Generatoren hervorgerufenen Zirkulation von elektrischer Leistung verbraucht wird. Als ein Problem, unter welchem eine solche Steuerungsvorrichtung leidet, würde ein unzureichender Verbrauch von regenerativer Leistung jedoch dazu führen, dass Hilfseinrichtungen für den Verbrauch der regenerativen Leistung mit einer erhöhten Häufigkeit betrieben werden, was zu einer Zunahme von Vibrationen und eines Geräusches führt, welche durch die Hilfseinrichtungen hervorgerufen werden. Um solche Probleme zu lösen, ist eine Technologie wünschenswert, welche ein Unterdrücken einer Zunahme der Betriebshäufigkeit der Hilfseinrichtungen involviert im Verbrauch von regenerativer Leistung ermöglicht. Ferner offenbart die DE 10 2015 118 112 A1 ein Fahrzeug, das von einem Motor angetrieben wird und umfasst: eine Sekundärbatterie, die so konfiguriert ist, dass sie dem Motor einen elektrischen Strom zuführt; einen Energierückgewinnungsabschnitt der so konfiguriert ist, dass er der Sekundärbatterie einen zurückgewonnenen elektrischen Strom zuführt, der bei einem Bremsvorgang des Fahrzeugs zurückgewonnen wird; einen Stromspeichermengenerfassungsabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er eine Stromspeichermenge der Sekundärbatterie erfasst; und einen Steuerabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er das Laden und Entladen der Sekundärbatterie steuert. Der Steuerabschnitt schätzt einen zurückgewonnenen elektrischen Strom und schätzt eine erwartete Stromspeicherzuwachsmenge, um eine virtuelle Stromspeichermenge aus der Gesamtsumme der erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge und einer tatsächlichen Stromspeichermenge zu errechnen. Der Steuerabschnitt führt das Laden und Entladen der Sekundärbatterie anhand der virtuellen Stromspeichermenge aus. Zudem offenbart die DE 10 2013 009 732 A1, dass zur Verteilung einer Rekuperationsleistung für ein Fahrzeug folgende Schritte durchgeführt werden: Bestimmen der Rekuperationsleistung; Erfassen einer jeweiligen Sollleistung mindestens eines Energieverbrauchers; Verteilen der Rekuperationsleistung auf elektrische Energiesenken, welche einen Energiespeicher und den mindestens einen Energieverbraucher umfassen, abhängig von der jeweiligen Sollleistung des mindestens einen Energieverbrauchers auf die Energiesenken derart, dass eine mittlere Ist-Leistung des mindestens einen Energieverbrauchers der jeweiligen Sollleistung des mindestens einen Energieverbrauchers entspricht. Kurzfassung Die vorstehende Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der sich daran anschließenden abhängigen Ansprüche. (1) Bei einem erläuternden Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Brennstoffzellensystem vorgesehen. Das Brennstoffzellensystem, welches auf einem Fahrzeug montiert werden soll, umfasst: eine Brennstoffzelle zum Erzeugen von elektrischer Leistung bzw. Strom unter Verwendung von Reaktionsgas; eine Sekundärbatterie, welche elektrische Leistung laden und entladen kann; einen Wandler, welcher zwischen einem Antriebsmotor zum Antreiben des Fahrzeugs und der Sekundärbatterie elektrisch verbunden ist, um eine Spannungswandlung zwischen dem Antriebsmotor und der Sekundärbatterie durchzuführen; und eine Steuerungsvorrichtung zum Steuern des Brennstoffzellensystems, wobei die Steuerungsvorrichtung eine solche Steuerung anwendet, dass elektrische Leistung während einer Zeitdauer eines Leistungsfahrbetriebs, der andauert, bis der Antriebsmotor mit verringertem Drehmoment hin zu einem regenerativen Betrieb wechselt, von der Sekundärbatterie abgegeben wird, wenn ein Gaspedal zum Aufnehmen einer Geschwindigkeitssteuerungsanweisung für das Fahrzeug unter einer Bedingung, dass eine Laderate der Sekundärbatterie größer oder gleich einem voreingestellten Wert ist, eine Verzögerungsanweisung empfangen hat, oder wenn das Gaspedal unter einer Bedingung, dass eine ladefähige elektrische Leistung der Sekundärbatterie kleiner oder gleich einem voreingestellten Wert ist, eine Verzögerungsanweisung empfangen hat. Gemäß diesem Aspekt kann, wenn das Gaspedal eine Verzögerungsanweisung empfangen hat, elektrische Leistung währe