CN105599627A - 燃料电池车辆及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池车辆及其控制方法,其提高对于要求转速的指示的泵电动机的响应性。在本发明的具备燃料电池和二次电池的燃料电池车辆中,驱动电动机与泵电动机以不经由与二次电池之间的电力交换而能够相互交换电力的方式经由电力配线而相互连接。对驱动电动机和泵电动机的动作进行控制的控制装置基于二次电池的可放电电力和燃料电池的输出电力来确定泵电动机的转矩的上限保护值,或基于二次电池的可充电电力和燃料电池的输出电力来确定泵电动机的转矩的下限保护值。

Description

燃料电池车辆及其控制方法
本申请主张基于在2014年11月13日提出申请的申请号2014-230331号的日本专利申请的优先权,并将其公开的全部通过参照而援引于本申请。
技术领域
本发明涉及燃料电池车辆及其控制方法。
背景技术
已知有通过利用燃料电池发出的电能对电动机进行驱动而行驶的燃料电池车辆等燃料电池系统。在JP2011-18485A记载的燃料电池系统中,燃料电池的反应气体之一的含氧的含氧气体(空气)向燃料电池的供给通过空气压缩器(以下,也称为“ACP”)进行。ACP由根据从ACP用的逆变器供给的电力控制旋转的ACP电动机来驱动。例如,对ACP逆变器进行控制而使ACP电动机进行动力运转运转,使ACP电动机的旋转增加,由此使ACP的送风量增加。而且,对ACP逆变器进行控制而对ACP电动机进行再生制动,由此使ACP的送风量下降。
发明内容
【发明要解决的课题】
然而,用于对ACP电动机进行驱动的动力运转允许功率在除去来自燃料电池的输出的情况下,被从为了作为燃料电池的备用而设置的二次电池能够供给的功率(以下,也称为“可放电功率”或“蓄电池可放电功率”)来限制。因此,ACP电动机的转矩(以下,也称为“ACP转矩”)也通常根据蓄电池可放电功率的限制值,来限制其上限值(以下,也称为“上限保护值”)。而且,同样,ACP电动机的再生允许功率也被能够向二次电池充电的功率(以下,也称为“可充电功率”或“蓄电池可充电功率”)来限制,ACP电动机的ACP转矩的下限值(以下,也称为“下限保护值”)也受到限制。这些限制是指无法使ACP电动机以上限保护值以上的ACP转矩进行动作(驱动),而且,无法以下限保护值以下的ACP转矩进行动作(再生)。因此,无法根据要求的转速的指示使ACP电动机动作,存在对于要求转速的指示的ACP电动机的响应性、即ACP的响应性不充分的课题。
例如,在燃料电池车辆中,作为搭载有发动机的车辆中的取代发动机制动器的减速的机理,基本上使用驱动电动机的再生制动。并且,在得到更大的减速力的情况下,可考虑使用如下的机理:仅是使辅机的动作例如ACP电动机的转速增加而使ACP的能量消耗增加,由此来提高驱动电动机的再生能量的消耗比例。然而,如上所述由于ACP转矩的上限保护值带来的限制,存在无法得到基于ACP的能量消耗的充分增加而无法得到充分的减速力的情况。
而且,在使油门为OFF(切断)的情况下(车辆的驾驶者将脚从油门踏板离开的情况下),使基于ACP的气体流量急速下降,削减燃料电池内的剩余的含氧气体,从提高燃油经济性的方面出发优选,但是由于ACP转矩的下限保护值带来的限制,存在无法进行ACP电动机的充分的再生制动而无法充分进行基于ACP的气体流量的急速下降的情况。
需要说明的是,在JP2011-18485A中,在对ACP电动机进行再生制动时,基于从二次电池的可充电功率减去驱动电动机的再生功率所得到的功率,来算出ACP电动机的可再生功率。因此,可认为ACP电动机的可再生功率最大被限制为二次电池的可充电功率。因此,在JP2011-18485A的技术中,无法解决以ACP转矩的下限保护值的限制为起因的上述的课题。而且,在JP2011-18485A中,对于上述的ACP转矩的上限保护值未作任何记载。
【用于解决课题的方案】
本发明为了解决上述的课题的至少一部分而作出,可以作为以下的方式来实现。
(1)根据本发明的一方式,提供一种具备燃料电池和二次电池的燃料电池车辆。该燃料电池车辆具备:对负载进行驱动的驱动电动机;向所述燃料电池供给含氧气体的泵;对所述泵进行驱动的泵电动机;及对所述驱动电动机和所述泵电动机的动作进行控制的控制装置,所述驱动电动机与所述泵电动机以不经由与所述二次电池之间的电力交换而能够相互交换电力的方式经由电力配线而相互连接。所述控制装置(i)基于所述二次电池的可放电电力和所述燃料电池的输出电力来确定所述泵电动机的转矩的上限保护值,或(ii)基于所述二次电池的可充电电力和所述燃料电池的输出电力来确定所述泵电动机的转矩的下限保护值。
根据该方式的燃料电池车辆,驱动电动机和泵电动机不经由与二次电池的电力交换,而能够经由相互连接的电力配线直接进行电力交换。由此,能够利用驱动电动机的再生电力作为泵电动机的驱动电力,或者能够利用泵电动机的再生电力作为驱动电动机的驱动电力。因此,根据驱动电动机的动作状态,能够使泵电动机的转矩的上限保护值或下限保护值变化。其结果是,能够提高对于要求转速的指示的泵电动机的响应性、即泵的响应性。
(2)在上述方式的燃料电池车辆中,可以是,所述控制装置除了基于所述二次电池的可充电电力和所述燃料电池的输出电力之外,还基于所述驱动电动机的驱动电力来确定所述泵电动机的转矩的下限保护值,在所述驱动电动机为动力运转的状态的情况下,所述驱动电动机的驱动电力越大,则所述控制装置越降低所述泵电动机的转矩的所述下限保护值。
根据该方式的燃料电池车辆,通过降低泵电动机的转矩的下限保护值,而能够利用泵电动机的再生电力作为驱动电动机的驱动电力,能够加快向燃料电池供给的剩余的含氧气体的削减,能够提高由燃料电池消耗的燃油经济性。
(3)在上述方式的燃料电池车辆中,可以是,所述控制装置除了基于所述二次电池的可放电电力和所述燃料电池的输出电力之外,还基于所述驱动电动机的再生电力来确定所述泵电动机的转矩的上限保护值,在所述驱动电动机为再生的状态的情况下,所述驱动电动机的再生电力越大,则所述控制装置越提高所述泵电动机的转矩的所述上限保护值。
根据该方式的燃料电池车辆,通过提高泵电动机的转矩的上限保护值,不仅能够将驱动电动机的再生电力利用作为向二次电池的充电电力,还能够利用作为泵电动机的驱动电力,因此能够提高驱动电动机的减速力。
需要说明的是,本发明能够以各种方式实现,例如,除了燃料电池车辆之外,还能够以燃料电池系统、燃料电池车辆的控制方法、燃料电池系统的控制方法等各种方式实现。
附图说明
图1是表示作为本发明的一实施方式的燃料电池系统的燃料电池车辆的结构的概略图。
图2是表示通过控制装置执行的ACP电动机的ACP转矩的限制值的控制的流程图。
图3是表示使油门为OFF时的ACP转矩的上限保护值及下限保护值的变更产生的效果的说明图。
【标号说明】
10…燃料电池车辆
110…燃料电池(FC)
120…FC升压转换器
130…功率控制单元(PCU)
132…TMG驱动器
134…DC/DC转换器
136…驱动电动机(TMG)
137…ACPMG驱动器
138…ACP电动机(ACPMG)
139…空气压缩器(ACP、FC用ACP)
140…二次电池(BAT)
142…SOC检测部
180…控制装置
DCL…低压直流配线
DCH…高压直流配线
WL…车轮
具体实施方式
图1是表示作为本发明的一实施方式的燃料电池车辆10的结构的概略图。燃料电池车辆10是以燃料电池110(FuelCell,也简称为“FC”)或二次电池140(也简称为“BAT”)输出的电力(电能)为驱动源,对驱动电动机136进行驱动而使车轮WL旋转,由此进行行驶的燃料电池系统。
燃料电池车辆10具备燃料电池110、FC升压转换器120、功率控制单元130、驱动电动机136、空气压缩器电动机138、空气压缩器139、二次电池140、SOC检测部142、控制装置180。需要说明的是,功率控制单元简称为“PCU”,同样,驱动电动机简称为“TMG”,空气压缩器简称为“ACP”,ACP电动机简称为“ACPMG”。
燃料电池车辆10还搭载有反应气体的供给部、排出部、及冷却介质供给部等作为燃料电池110的发电用的设备,而且,搭载有作为车辆的各种机构等,但是它们的图示及说明省略。但是,关于反应气体的供给部、排出部及冷却介质供给部包含的各种泵、电动机等设备(也称为“辅机”)中的氧化气体用的ACP139(也称为“FC用ACP139”)及ACP电动机138,与后述的控制相关,因此在图1中示出。
燃料电池110是接受作为燃料气体的氢和作为氧化气体的空气(具体而言,是作为含氧气体的空气中包含的氧)的供给而进行发电的固体高分子型燃料电池。二次电池140可以由例如锂离子电池构成。需要说明的是,作为燃料电池110或二次电池140,并不局限于固体高分子型燃料电池或锂离子电池,可以采用其他的各种类型的燃料电池或能够充放电的电池。
控制装置180由具备CPU、ROM、RAM等的微型计算机构成。控制装置180接受驾驶者的经由运转模式切换开关(未图示)的切换操作,来切换燃料电池车辆10的运转模式。在此,本实施方式的燃料电池车辆10具有“通常行驶模式”作为运转模式。
“通常行驶模式”是用于使燃料电池车辆10基于驾驶者的操作进行行驶的模式。当选择通常行驶模式时,控制装置180接受驾驶者进行的油门操作等操作,并根据其操作内容,来控制燃料电池110的发电、二次电池140的充放电。
燃料电池110经由FC升压转换器120而与高压直流配线DCH连接,经由高压直流配线DCH而与PCU130包含的TMG驱动器132及ACPMG驱动器137连接。而且,二次电池140经由低压直流配线DCL而与PCU130包含的DC/DC转换器134连接,DC/DC转换器134与高压直流配线DCH连接。
FC升压转换器120将燃料电池110的输出电压VFC升压成TMG驱动器132及ACPMG驱动器137能够利用的高压电压VH。
TMG驱动器132与经由齿轮等对车轮WL进行驱动的驱动电动机(TMG)136连接。驱动电动机136由具备三相线圈的同步电动机构成。TMG驱动器132由三相逆变器电路构成,将经由FC升压转换器120供给的燃料电池110的输出电力及经由DC/DC转换器134供给的二次电池140的输出电力转换成三相交流电力向驱动电动机136供给。驱动电动机136以与供给的电力对应的转矩对车轮WL进行驱动,车轮WL伴随着驱动电动机136的旋转而旋转。
ACPMG驱动器137与对ACP139进行驱动的ACP电动机(ACPMG)138连接。ACP电动机138与驱动电动机136同样地由具备三相线圈的同步电动机构成。ACPMG驱动器137与TMG驱动器132同样地由三相逆变器电路构成,将经由FC升压转换器120供给的燃料电池110的输出电力及经由DC/DC转换器134供给的二次电池140的输出电力转换成三相交流电力向ACP电动机138供给。ACP电动机138以与供给的电力对应的转矩对ACP139进行驱动,ACP139对应于ACP电动机138的旋转而向燃料电池110供给空气(air)。
而且,TMG驱动器132能够将驱动电动机136的再生制动产生的再生电力(再生能量)向高压直流配线DCH输出,ACPMG驱动器137能够将ACP电动机138的再生制动产生的再生电力(再生能量)向高压直流配线DCH输出。因此,驱动电动机136能够接受ACP电动机138的再生电力的供给进行驱动(动力运转动作),ACP电动机138能够接受驱动电动机136的再生电力的供给进行驱动(动力运转动作)。
驱动电动机136与ACP电动机138以不经由与二次电池140的电力交换而相互能够交换电力的方式,经由电力配线而相互连接。需要说明的是,TMG驱动器132也称为“驱动电动机驱动电路”。而且,ACP139及ACP电动机138也分别称为“泵”及“泵电动机”,ACPMG驱动器137也称为“泵驱动电路”。需要说明的是,高压直流配线DCH相当于“将驱动电动机驱动电路与泵驱动电路相互连接的电力配线”。
控制装置180在通常行驶模式时,对TMG驱动器132、DC/DC转换器134、ACPMG驱动器137分别生成与油门开度(油门踏板的踏入量)对应的驱动信号并发送。TMG驱动器132及ACPMG驱动器137分别根据控制装置180的驱动信号,对交流电压的脉冲宽度进行调整等,使驱动电动机136及ACP电动机138执行与油门开度对应的旋转驱动。由此,进行燃料电池车辆10的行驶。
DC/DC转换器134根据来自控制装置180的驱动信号,可变地调整高压直流配线DCH的电压等级,对二次电池140的充电/放电的状态进行切换。DC/DC转换器134在二次电池140为放电状态的情况下,将二次电池的输出电压VBAT转换成TMG驱动器132及ACPMG驱动器137能够利用的高压电压VH,在二次电池140为充电状态的情况下,将从FC升压转换器120输出的高压电压VH转换成能够向二次电池140充电的低压电压VL。需要说明的是,在驱动电动机136中产生再生电力的情况下,该再生电力由TMG驱动器132转换成直流电力,如后所述向ACP电动机138供给,或者,经由DC/DC转换器134向二次电池140供给。而且,在ACP电动机138中产生再生电力的情况下,该再生电力由ACPMG驱动器137转换成直流电力,如后所述向驱动电动机136供给,或者经由DC/DC转换器134向二次电池140供给。
SOC检测部142检测二次电池140的充电状态(SOC),向控制装置180发送。需要说明的是,在本说明书中,“充电状态(SOC)”是指二次电池140的当前的充电剩余量(蓄电量)相对于满充电容量的比率。SOC检测部142检测二次电池140的温度、输出电压、输出电流,基于这些检测值,检测SOC。
控制装置180取得SOC检测部142检测到的SOC,基于取得的SOC,以使二次电池140的SOC包含于规定的范围内的方式控制二次电池140的充放电。
图2是表示由控制装置180执行的ACP电动机138的转矩(也称为“ACP转矩”)的限制值的控制的流程图。该ACP转矩限制控制通过未图示的起动开关接通来指示燃料电池系统的起动而开始。
在步骤S10中,驱动电动机(TMG)136判断是动力运转动作状态还是再生动作状态,在动力运转动作状态的情况下,执行步骤S11~S13的处理,在再生动作状态的情况下,执行步骤S14~S16的处理。
在动力运转动作状态的情况下,首先,在步骤S11中,按照下式(1)算出对于ACP电动机138能够允许的再生电力(也称为“ACP再生允许功率”)Preg。
Preg=Bin-FCout+MGd···(1)
在此,Bin是二次电池140的可充电电力(也称为“可充电功率”),FCout是燃料电池110的输出电力,MGd是驱动电动机136的驱动电力(消耗电力)。需要说明的是,上述(1)式的右边第三项(MGd)可以省略。
接下来,在步骤S12中,按照下式(2)算出能够使ACP再生允许功率Preg再生的ACP电动机138的ACP转矩(也称为“ACP可再生转矩”)Treg。
Treg=Kreg·Preg/Nreg···(2)
在此,Kreg是常数,Nreg是再生转速(在此,是ACP再生允许功率的计算时的ACP电动机138的转速)。
并且,在步骤S13中,对于ACP电动机138能够设定的ACP转矩的下限侧的限制值(也称为“下限保护值”)Tdl变更为比下限基准值Tdlr低ACP转矩Treg的值(Tdlr-Treg)。另一方面,上限侧的限制值(也称为“上限保护值”)Tul维持为后述的上限基准值Tulr的状态。需要说明的是,下限基准值Tdlr是从上式(1)的右边除去了燃料电池110的输出电力FCout及驱动电动机136的驱动电力MGd的值,即,与二次电池140的可充电功率Bin相等的再生电力所对应的ACP可再生转矩。
相对于此,在步骤S10中判断为再生动作状态的情况下,首先,在步骤S14中,按照下式(3)算出对ACP电动机138能够允许的驱动电力(也称为“ACP驱动允许功率”)Pd。
Pd=Bout+FCout+MGreg···(3)
在此,Bout是二次电池140的可放电电力(也称为“可放电功率”),FCout是燃料电池110的输出电力,MGreg是驱动电动机136的再生电力(也称为“再生功率”)。需要说明的是,上述(3)式的右边第三项(MGreg)可以省略。
接下来,在步骤S15中,按照下式(4),算出以ACP驱动允许功率Pd能够动力运转的ACP电动机138的ACP转矩(也称为“ACP可动力运转转矩”)Td。
Td=Kd·Pd/Nd···(4)
在此,Kd是常数,Nd是驱动转速(ACP驱动允许功率Pd的计算时的ACP电动机138的转速)。
并且,在步骤S16中,对ACP电动机138能够设定的ACP转矩的上限保护值Tul变更为比上限基准值Tulr高ACP可动力运转转矩Td的值(Tulr+Td),下限保护值Tdl维持在上述的下限基准值Tdlr。需要说明的是,上限基准值Tulr是从上式(3)的右边除去了燃料电池110的输出电力FCout及驱动电动机136的再生电力MGreg的值,即,是与二次电池140的可放电功率Bout相等的驱动电力所对应的ACP可动力运转转矩。
需要说明的是,步骤S11~S13的处理及步骤S14~S16的处理反复执行至未图示的起动开关切断而指示燃料电池系统的停止,从而指示ACP转矩限制控制的处理的结束(步骤S17)为止。
通过执行以上说明的ACP转矩限制控制处理,能够得到以下说明的效果。
图3是表示使油门为OFF时的ACP转矩的上限保护值及下限保护值的变更的效果的说明图。如图3(a)所示,在使油门从ON(踏入状态)变为OFF(非踏入状态)时,对应于此,驱动电动机136的转矩急剧地成为零时,会给驾驶者、同乘者带来急剧的转矩变化产生的制动感(转矩冲击)。因此,为了避免该现象,通过平滑化处理,如图3(b)所示,使驱动电动机136的动力运转转矩逐渐下降。
在驱动电动机136通过平滑化处理而进行动力运转动作的期间,如图3(c)所示,对应于驱动电动机136的驱动电力(动力运转功率)MGd,能够增大ACP再生允许功率Preg。并且,对应于增大的ACP再生允许功率Preg,如图3(d)所示,能够将ACP指令转矩的下限保护值Tdl变更为比下限基准值Tdlr低ACP可再生转矩Treg的值(Tdlr-Treg)(参照图2的步骤S11~S13)。由此,对于ACP电动机138,能够指示增大的再生转矩(绝对值更大的负转矩)。其结果是,如图3(e)所示,与未变更ACP指令转矩的下限保护值Tdl的情况下相比,能够提高ACP电动机138的响应性,能够使其转速尽早下降。由此,能够提高ACP139的响应性,能够实现基于ACP139的送风量的急速下降,因此如图3(f)、(g)所示,能够尽早削减向燃料电池110供给的剩余的空气的量。
在驱动电动机136从动力运转动作变更为再生动作之后,如图3(c)所示,根据驱动电动机136的再生电力(再生功率)MGreg能够使ACP动力运转允许功率Pd增大。并且,根据增大的ACP动力运转允许功率Pd,如图3(d)所示,能够将ACP指令转矩的上限保护值Tul变更为比上限基准值Tulr高ACP可动力运转转矩Td的值(Tulr+Td)(参照图2的步骤S14~S16)。由此,对于ACP电动机138,能够指示增大的动力运转转矩(正转矩)。其结果是,如图3(e)所示,与不变更ACP指令转矩的上限保护值Tul的情况下相比,能够提高ACP电动机138的响应性,能够使其转速尽早上升。由此,能够使ACP电动机138的驱动电力(消耗电力)尽早上升,提高驱动电动机136的再生电力的消耗速度,如图3(h)所示,能够提高燃料电池车辆10的减速力。
需要说明的是,在图2所示的ACP转矩限制控制中,仅在驱动电动机136为动力运转动作状态的情况下执行步骤S11~S13的处理,在再生动作状态的情况下执行步骤S14~S16的处理。相对于此,例如,在油门变化为OFF时,即,从驾驶者(指示者)向驱动电动机136的驱动要求从有的状态变化为无的状态时,可以在驱动电动机136的实际的动作状态为动力运转的状态的情况下执行步骤S11~S13的处理,在再生的状态的情况下执行步骤S14~S16的处理。而且,可以设为仅进行图2所示的对ACP转矩限制控制进行变更而对ACP转矩的下限保护值进行变更的步骤S11~S13的处理而不进行步骤S14~S16的方式。而且,也可以设为仅进行对ACP转矩的上限保护值进行变更的步骤S14~S16的处理而不进行步骤S11~S13的方式。
上述的实施方式以利用燃料电池系统的燃料电池车辆为例进行了说明,但没有限定于此,也可以应用于具备燃料电池和作为燃料电池的备用的二次电池,且通过燃料电池发电的电能对驱动电动机进行驱动的各种燃料电池系统。而且,在上述实施方式中,由软件实现的功能及处理的一部分或全部可以由硬件实现。而且,由硬件实现的功能及处理的一部分或全部可以由软件实现。作为硬件,可以使用例如集成电路、分立电路、或者将这些电路组合的电路模块等各种电路(circuitry)。
本发明并不局限于上述的实施方式、实施例、变形例,在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如,发明内容一栏记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式、实施例、变形例的技术特征为了解决上述的课题的一部分或全部,或者为了实现上述的效果的一部分或全部,可以适当进行更换、组合。而且,该技术特征在本说明书中只要不是作为必须的特征进行说明,就可以适当删除。

Claims (6)

1.一种燃料电池车辆,具备燃料电池和二次电池,其中,
具备:
对负载进行驱动的驱动电动机;
向所述燃料电池供给含氧气体的泵;
对所述泵进行驱动的泵电动机;及
对所述驱动电动机和所述泵电动机的动作进行控制的控制装置,
所述驱动电动机与所述泵电动机以不经由与所述二次电池之间的电力交换而能够相互交换电力的方式经由电力配线而相互连接,
所述控制装置(i)基于所述二次电池的可放电电力和所述燃料电池的输出电力来确定所述泵电动机的转矩的上限保护值,或(ii)基于所述二次电池的可充电电力和所述燃料电池的输出电力来确定所述泵电动机的转矩的下限保护值。
2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆,其中,
所述控制装置除了基于所述二次电池的可充电电力和所述燃料电池的输出电力之外,还基于所述驱动电动机的驱动电力来确定所述泵电动机的转矩的下限保护值,
在所述驱动电动机为动力运转的状态的情况下,所述驱动电动机的驱动电力越大,则所述控制装置越降低所述泵电动机的转矩的所述下限保护值。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的燃料电池车辆,其中,
所述控制装置除了基于所述二次电池的可放电电力和所述燃料电池的输出电力之外,还基于所述驱动电动机的再生电力来确定所述泵电动机的转矩的上限保护值,
在所述驱动电动机为再生的状态的情况下,所述驱动电动机的再生电力越大,则所述控制装置越提高所述泵电动机的转矩的所述上限保护值。
4.一种控制方法,是燃料电池车辆的控制方法,所述燃料电池车辆具备燃料电池、二次电池、向所述燃料电池供给含氧气体的泵、以不经由与所述二次电池之间的电力交换而能够相互交换电力的方式经由电力配线而相互连接的驱动电动机及泵电动机,所述控制方法包括如下工序:
(i)基于所述二次电池的可放电电力和所述燃料电池的输出电力来确定所述泵电动机的转矩的上限保护值的工序、或(ii)基于所述二次电池的可充电电力和所述燃料电池的输出电力来确定所述泵电动机的转矩的下限保护值的工序;及
对应于在所述工序(i)中确定的所述上限保护值或在所述工序(ii)中确定的所述下限保护值来控制所述泵电动机的工序。
5.根据权利要求4所述的控制方法,其中,
除了基于所述二次电池的可充电电力和所述燃料电池的输出电力之外,还基于所述驱动电动机的驱动电力来确定所述泵电动机的转矩的下限保护值,
在所述驱动电动机为动力运转的状态的情况下,所述驱动电动机的驱动电力越大,则越降低所述泵电动机的转矩的所述下限保护值。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的控制方法,其中,
除了基于所述二次电池的可放电电力和所述燃料电池的输出电力之外,还基于所述驱动电动机的再生电力来确定所述泵电动机的转矩的上限保护值,
在所述驱动电动机为再生的状态的情况下,所述驱动电动机的再生电力越大,则越提高所述泵电动机的转矩的所述上限保护值。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110416664A (zh) * 2018-04-26 2019-11-05 武汉众宇动力系统科技有限公司 混合型燃料电池动力系统及其控制方法
TWI735046B (zh) * 2019-10-01 2021-08-01 台灣聯合氫能股份有限公司 燃料電池複合動力控制方法及其系統
CN113442897A (zh) * 2020-03-26 2021-09-28 本田技研工业株式会社 混合动力车辆的控制装置

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106575780B (zh) * 2014-07-24 2019-12-03 日产自动车株式会社 燃料电池系统
JP6369763B2 (ja) 2016-06-27 2018-08-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP7251913B2 (ja) * 2017-06-28 2023-04-04 トヨタ自動車株式会社 機械の設計方法
JP7160013B2 (ja) * 2019-10-08 2022-10-25 トヨタ自動車株式会社 車両に搭載される燃料電池システム
JP7226299B2 (ja) * 2019-12-23 2023-02-21 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両
KR20220048144A (ko) * 2020-10-12 2022-04-19 현대자동차주식회사 차량의 구동력 제어 방법

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030068538A1 (en) * 2001-10-05 2003-04-10 Lahiff Mark Steven Method and apparatus for dissipating energy in a fuel cell generator system
JP2007123169A (ja) * 2005-10-31 2007-05-17 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよびその制御方法
JP2009104833A (ja) * 2007-10-22 2009-05-14 Toyota Motor Corp 燃料電池搭載車両制御装置
JP2011018485A (ja) * 2009-07-07 2011-01-27 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2011019314A (ja) * 2009-07-07 2011-01-27 Toyota Motor Corp 燃料電池車
CN103648825A (zh) * 2011-06-30 2014-03-19 丰田自动车株式会社 燃料电池车辆

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3855657B2 (ja) * 2000-12-28 2006-12-13 日産自動車株式会社 燃料電池システムの制御装置
US6628006B2 (en) * 2001-05-03 2003-09-30 Ford Motor Company System and method for recovering potential energy of a hydrogen gas fuel supply for use in a vehicle
JP4525112B2 (ja) * 2004-03-08 2010-08-18 日産自動車株式会社 燃料電池車両の制御装置
KR20080083538A (ko) * 2007-03-12 2008-09-18 삼성전자주식회사 연료 전지 시스템 및 이를 이용하는 공기조화기
JP2008226595A (ja) 2007-03-12 2008-09-25 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及びその制御方法
JP2008270132A (ja) 2007-04-25 2008-11-06 Nissan Motor Co Ltd 車両用燃料電池システムの制御装置及びコンプレッサ制御方法
JP5125301B2 (ja) 2007-08-08 2013-01-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US8117969B1 (en) * 2008-08-05 2012-02-21 Bnsf Railway Company Hydrogen fuel cell hybrid locomotives
EP3240076A1 (en) * 2008-11-04 2017-11-01 Nissan Motor Co., Ltd. Power generation control device and power generation control method for fuel cell
JP5233880B2 (ja) 2009-07-07 2013-07-10 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車
JP5505024B2 (ja) 2010-03-29 2014-05-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池自動車及びその制御方法
KR101417345B1 (ko) * 2012-09-19 2014-07-08 기아자동차주식회사 연료전지 시스템의 제어 방법
US20140170514A1 (en) * 2012-12-17 2014-06-19 GM Global Technology Operations LLC Variable pem fuel cell system start time to optimize system efficiency and performance
DE102013201122A1 (de) * 2013-01-24 2014-07-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzelle
EP2978055B1 (en) * 2013-03-22 2017-09-20 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel-cell system and method for controlling fuel-cell system
JP2014230331A (ja) 2013-05-20 2014-12-08 株式会社東芝 電力変換装置
EP3057165B1 (en) * 2013-10-08 2018-09-12 Nissan Motor Co., Ltd Fuel cell system and method for controlling fuel cell system
KR101628514B1 (ko) * 2014-11-05 2016-06-09 현대자동차주식회사 연료전지 스택의 온도 제어 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030068538A1 (en) * 2001-10-05 2003-04-10 Lahiff Mark Steven Method and apparatus for dissipating energy in a fuel cell generator system
JP2007123169A (ja) * 2005-10-31 2007-05-17 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよびその制御方法
JP2009104833A (ja) * 2007-10-22 2009-05-14 Toyota Motor Corp 燃料電池搭載車両制御装置
JP2011018485A (ja) * 2009-07-07 2011-01-27 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2011019314A (ja) * 2009-07-07 2011-01-27 Toyota Motor Corp 燃料電池車
CN103648825A (zh) * 2011-06-30 2014-03-19 丰田自动车株式会社 燃料电池车辆

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110416664A (zh) * 2018-04-26 2019-11-05 武汉众宇动力系统科技有限公司 混合型燃料电池动力系统及其控制方法
TWI735046B (zh) * 2019-10-01 2021-08-01 台灣聯合氫能股份有限公司 燃料電池複合動力控制方法及其系統
CN113442897A (zh) * 2020-03-26 2021-09-28 本田技研工业株式会社 混合动力车辆的控制装置
CN113442897B (zh) * 2020-03-26 2024-05-14 本田技研工业株式会社 混合动力车辆的控制装置

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KR101803153B1 (ko) 2017-11-29
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CA2911056A1 (en) 2016-05-13
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DE102015119041B4 (de) 2024-01-25

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