DE10021945A1

DE10021945A1 - Verteilungssystem für die elektrische Leistung für ein Brennstoffzellenfahrzeug

Info

Publication number: DE10021945A1
Application number: DE10021945A
Authority: DE
Inventors: Yasukazu Iwasaki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-05-06
Filing date: 2000-05-05
Publication date: 2001-02-08
Anticipated expiration: 2020-05-06
Also published as: DE10021945B4; JP4253920B2; JP2000315511A; US6447939B1

Abstract

Wenn während der Startphase eines Brennstoffumformersystems das Durchtreten des Fahrers erkannt wird, wird der zum Starten des Brennstoffumformersystems benötigte Betrag elektrischer Leistung beschränkt, und der Betrag elektrischer Leistung, der zum Motor hin verteilt wird, wird vergrößert, um damit der Leistungsversorgung des Motors Priorität zu geben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verteilungssystem der elektrischen Leistung für ein Brennstoffzellenfahrzeug.

Ein bekannter Typ eines Brennstoffzellenfahrzeugs ist ein Hybrid-Brennstoffzellen fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffumformer und einer Batterie.

In einem derartigen Brennstoffzellenfahrzeug wird der Brennstoffumformer für gewöhn lich durch einen Brennstoffumformer und einem Brennelement gebildet, wobei umge formtes Gas aus dem Brennstoffumformer und Luft aus einem Kompressor zur Erzeu gung elektrischer Leistung in der Brennstoffzelle verwendet wird, wobei überschüssig erzeugte elektrische Leistung und vom Motor regenerativ erzeugte elektrische Leistung in der Batterie gespeichert wird. In diesem System wird in Reaktion auf das Betätigen des Beschleunigungspedals durch den Fahrer elektrische Leistung von der Brennstoff zelle und der Batterie zu dem Motor, dem Brennstoffumformer, dem Brennelement und dem Kompressor beispielsweise über ein elektrisches Leistungsstellglied verteilt.

Wenn in dem beschriebenen Falle der Fahrer den Zündschlüssel betätigt, um das Brennstoffzellenfahrzeug in Gang zu setzen, kann die Brennstoffzelle, da während einer Dauer von mehreren Minuten bis einige zehn Minuten nach Anlaufen des Brennstoff umformers kein umgeformtes Gas erzeugt wird, keine elektrische Leistung erzeugen. Daher wird die Leistung für den Motor von der Batterie abgegriffen.

Wenn anschließend der Punkt erreicht ist, an dem der Brennstoffumformer beginnt, ei nen standardisierten Betrag umgeformten, in der Brennstoffzelle verwendbaren Gases zu erzeugen, wird elektrischer Strom erzeugt. Da die Temperatur der Brennstoffzelle sich an diesem Punkt noch nicht erhöht hat, ist es nicht möglich, die elektrische Nenn leistung zu erzeugen.

Mit dem Voranschreiten der Erzeugung elektrischer Energie bewirkt die intern in der Brennstoffzelle erzeugte Wärme einen Temperaturanstieg, wodurch es möglich ist, die elektrische Nennleistung zu erzeugen.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

In dem bekannten Brennstoffzellenfahrzeugsystem wird jedoch eine große Menge elekt rischer Leistung benötigt, um den Brennstoffumformer zu starten und Brennstoff umzu formen.

Genauer ausgedrückt, um den Brennstoffumformer zu starten und Brennstoff umzufor men muss ebenfalls das Brennelement gestartet werden, da die vom Brennelement er zeugte Wärme zur Verdampfung des Brennstoffs wiederverwendet und in der Brenn stoffumwandlungsreaktion absorbiert wird. Um den, eine chemische Reaktion ausfüh renden Brennstoffumformer zu starten, ist es notwendig, eine vorgeschriebene Tempe ratur, beispielsweise ungefähr 300°C für den Fall der Dampfumformung, zu erreichen, wobei eine große Menge an Energie notwendig ist, die nur mit Schwierigkeiten aus einer Batterie bezogen werden kann.

Deshalb wird die thermische Energie, die bei der Verteuerung von Methanolbrennstoff erzeugt wird, verwendet, um die Temperatur des Brennstoffumformers zu erhöhen. Wenn allerdings dies praktiziert wird, erfährt der Katalysator bei den auftretenden hohen Temperaturen ein Abschmelzen. In Anbetracht dieser Situation ist es zur Erreichung ei ner geeignet hohen Temperatur bei der Verteuerung notwendig, eine große Menge an Luft unter Verwendung eines Kompressors zuzuführen, wodurch sich der Betrag an be nötigter elektrischer Leistung erhöht.

Bei der Verdampfung des Methanols ist es in der Startphase notwendig, einen elektri schen Verdampfer zu verwenden, wobei es aufgrund der großen latenten Wärme des Methanols eine großer Betrag elektrischer Leistung dafür notwendig ist. Ferner ist ein elektrisches Heizelement (Katalysator-Heizelement) notwendig, um die Temperatur auf die minimale für die Zündung des Katalysators notwendige Temperatur zu bringen; dies erfordert ebenso einen großen Betrag elektrischer Leistung.

Somit ist der zum Starten eines Brennstoffumformersystems benötigte Betrag an elektri scher Leistung extrem groß, etwa näherungsweise so groß wie der Betrag an elektri scher Leistung, der zum Betrieb eines Brennstoffzellenfahrzeugs in einem flachen Ge biet bei hoher Geschwindigkeit verbraucht wird. Wenn unter diesen Bedingungen die elektrische Leistung und die Kapazität der Batterie ausreicht, um den zusätzlichen, zum Starten des Brennstoffzellensystems notwendigen Betrag an elektrischer Leistung zu sätzlich zum üblichen Betrag an Energie, die zum Betrieb des Elektrofahrzeugs notwen dig ist, während der Dauer abzudecken, bis es möglich ist, den nominellen Betrag um geformten Gases, das in der Brennstoffzelle verwendbar ist, zu erzeugen, ist es mög lich, ausreichend Leistung aus der Batterie zu beziehen.

Es ist jedoch auch vorstellbar, da es aus Platz- und Kostengründen nicht möglich ist, im Fahrzeug sowohl das Brennstoffzellensystem einschließlich eines Brennstoffumformer systems als auch eine derartige Batterie hoher Kapazität vorzusehen. Somit ist die Be grenzung der Batteriebehältergröße unvermeidlich, wodurch es schwierig ist ausrei chend viel elektrische Leistung bereitzustellen, um den Motor zu betreiben, bevor es möglich ist, den nominellen Betrag an ungeformtem Gas zur Anwendung in der Brenn stoffzelle zu erzeugen.

Somit wird in dem bekannten Brennstoffzellenfahrzeugsystem während einer Dauer von mehreren Minuten bis zu mehreren zig Minuten bis zu dem Punkt, an dem das Brenn stoffumformersystem ausreichend umgeformtes Gas zur Verwendung in der Brennstoff zelle erzeugen kann, ein hoher Betrag elektrischer Leistung benötigt, um das Brenn stoffumformersystem und somit das gesamte Brennstoffzellensystem zu starten. Dies verhinderte bislang, dass ausreichend elektrische Leistung zum Betreiben des Motors aus der Batterie erhalten wurde, wodurch es unmöglich war, ein ausreichendes Be triebsverhalten zu erreichen.

Angesichts der oben beschriebenen Probleme beim Stand der Technik ist es folglich ei ne Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verteilungssystem der elektrischen Leistung für ein Brennstoffzellenfahrzeug bereitzustellen, das in der Lage ist, ein ausreichendes Betriebsverhalten während der Startphase des Brennstoffumformersystems zu erzielen.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Lösung des Problems ist ein Verteilungs system der elektrischen Leistung für ein Brennstoffzellenfahrzeug, mit einem Brennstoff umformer, der aus dem Brennstoff umgeformtes Gas erzeugt, einer Luftzuführquelle, die Luft zuführt, einer aus dem umgeformten Gas und der Luft elektrische Leistung erzeu gende Brennstoffzelle, einer die von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Leistung speichernden und elektrische Leistung abgebenden Batterie, und einem Elektromotor, der mittels der von der Brennstoffzelle und der Batterie zugeführten elektrischen Leis tung den Antrieb des Fahrzeugs liefert, wobei das Verteilungssystem der elektrischen Leistung auf das Betätigen eines Beschleunigers zum Verteilen der elektrischen Leistung von der Brennstoffzelle und der Batterie zum Brennstoffumformer, der Luftzuführ queile, und dem Motor reagiert, und wobei das System ferner einen Betätigungsdetek tor, der ein Durchdrücken eines Beschleunigungspedals erfasst, und einen Kontroller, der bei dem erfassten Durchdrücken während der Startphase des Brennstoffumformer systems, einschließlich des Brennstoffumformers und der Luftzuführquelle, einen derar tigen Steuervorgang durchführt, um die zum Starten des Brennstoffumformersystems benötigte elektrische Leistung zu begrenzen und den Betrag der zum Motor verteilten elektrischen Leistung zu erhöhen, umfasst.

In diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich durch Erfassen des Durch drückens des Beschleunigerpedals, die zum Starten benötigte elektrische Leistung zu begaenzen und die zum Motor verteilte Leistung zu erhöhen, wobei dem Motor die Prio rität gegeben wird und während des Startens des Brennstoffumformersystems ein aus reichendes Fahrverhalten erreicht wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obigen und weitere Aufgaben und neue Merkmale der vorliegenden Erfindung wer den aus der anschließenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den be gleitenden Zeichnungen deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 ein Systemblockdiagramm, das in einem Brennstoffzellenfahrzeug ein Vertei lungssystem für elektrische Leistung für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 einen konzeptionellen Graphen einer elektrischen Leistungsverteilungsfunktion einer Batterie während des normalen Betriebs;

Fig. 3 einen konzeptionellen Graphen einer elektrischen Leistungsverteilungsfunktion einer Batterie, wenn das Durchtreten erfasst wird;

Fig. 4 ein Steuerungsflussdiagramm, das den Steuerungsvorgang in einem elektri schen Leistungsverteilungssystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 5 konzeptionell das Erfassen des Durchtretens; und

Fig. 6 ein Systemblockdiagramm, das das System in einem Brennstoffzellenfahrzeug darstellt, in dem ein elektrisches Leistungsverteilungssystem für ein Brennstoff zellenfahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung installiert ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den entsprechenden begleitenden Zeichnungen beschrieben.

Das in Fig. 1 gezeigte Brennstoffzellenfahrzeugsystem ist ein Hybrid- Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Batterie und einem Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffumformer.

Der Brennstoffumformer besitzt einen Brennstoffumformer 1 und ein Brennstoffverbren nungselement 3. Der Brennstoffumformer 1 führt eine Dampfumwandlung unter Ver wendung von Wasser 11 aus einem Wassertank 7, eine Dampfumwandlung von Metha nol 7, das in einem Methanoltank 5 gelagert ist, durch, wobei umgeformtes wasserstoff enthaltendes Gas 13 erzeugt wird. Dabei wird in gewissen Fällen das Umformen durch geführt, indem teilweise Methanol 7 unter Verwendung von Luft 19, die von einem Kom pressor 15 zugeführt wird, oxidiert wird. Die Dampfumformung ist eine endotherme Re aktion, die partiale Oxidation ist eine exotherme Reaktion.

Das umgeformte Gas 13 aus dem Brennstoffumformer 1 und die Luft 19 aus dem Kom pressor 15 werden jeweils zur Anodenelektrode und zur Kathodenelektrode der Brenn stoffzelle 21 zugeführt, und es wird elektrische Leistung unter Verwendung des in um geformtem Gas 13 enthaltenen Wasserstoffs und des Sauerstoffs in der Luft 19 erzeugt. Der Wasserstoff des umgeformten Gases 13 und der Sauerstoff in der Luft 19 werden nicht vollständig in der Brennstoffzelle 21 verbraucht. Ein Teil bleibt erhalten, wird aus gestoßen und in das Brennstoffbrennelement 3 als gebrauchtes bzw. wiederverwendba res ungeformtes Gas 23 und gebrauchte bzw. wiederverwendbare Luft 25 eingespeist; und in einigen Fällen wird eine Verbrennung zusammen mit der Luft 27 aus dem Kom pressor 15 und dem Methanol 7 aus dem Methanoltank 5 stattfinden. Die Verbren nungswärme im Brennstoffbrennelement 3 verdampft das Methanol 7 und das Wasser 11, so dass dies in der oben beschriebenen endothermen Dampfumformungsreaktion wiederverwendet werden kann.

Eine Batterie 27 speichert die von der Brennstoffzelle 21 erzeugte überschüssige elekt rische Energie und speichert die durch regeneratives Bremsen in einem Motor 29 er zeugte elektrische Energie, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug gebremst wird. Wenn die Brennstoffzelle 21 nicht ausreichend Energie erzeugen kann, um die vom Motor 29 zum Antreiben des Fahrzeugs verbrauchte Energie und die durch die Peripherausstat tung, wie etwa den Kompressor 15 und das Brennstoffbrennelement 13, verbrauchte Energie bereitzustellen, entlädt sich die Batterie 27, um diesen Bedarf zu decken.

Die Verteilung der elektrischen Leistung zum Motor 29 und den Peripherausstattungen (wie etwa der Kompressor 15, der Brennstoffumformer 1 und das Brennstoffbrennele ment 3) als eine Aufteilung zwischen der Bewegungsenergie und der Peripherausstat tung wird durch den elektrischen Leistungssteller 31 ausgeführt. Ein Controller 33 steu ert die Verteilung der elektrischen Leistung mittels des elektrischen Leistungsstellers 31 durch ein Detektionssignal, das von einem Positionssensor 37 zur Erfassung des Be trags des Niederdrückens eines Beschleunigungspedals (Öffnen bzw. Betätigen des Beschleunigers) durch den Fahrer und durch Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit er zeugt wird.

Wie zuvor zum Ausdruck gebracht wurde, ist es nicht möglich, wenn der Fahrer den Zündschlüssel betätigt und die Fahrt mit dem Brennstoffzellenfahrzeug beginnt, dass die Brennstoffzelle 21 elektrische Energie erzeugt, da es während einer Zeitdauer von meh reren Minuten bis mehreren zehn Minuten, die zum Starten des Brennstoffumformers 1 benötigt wird, kein umgeformtes Gas erzeugt wird. Die Antriebsenergie des Motors wird daher weitgehend aus der Batterie 27 bezogen. Wenn anschließend der Brennstoffum former 1 in der Lage ist, einen in der Brennstoffzelle 21 verwendbaren nominellen Be trag an umgeformtem Gas zu erzeugen, beginnt die Brennstoffzelle, Elektrizität zu er zeugen. Da zu diesem Zeitpunkt sich die Temperatur der Brennstoffzelle 21 noch nicht erhäht hat, ist es noch nicht möglich, den Nennbetrag der elektrischen Leistung zu er zeugen. Wenn die Erzeugung elektrischer Energie andauert, wird die Temperatur der Brennstoffzelle 21 durch die darin erzeugte Wärme erhöht, so dass die vorgeschriebene Temperatur, an der es möglich ist, die elektrische Nennleistung zu erzeugen, erreicht.

Das Verhalten der Batterieleistungsverteilung während des normalen Fahrbetriebs ist in Fig. 2 als der elektrische Leistungsverteilungsgraph A dargestellt. Diese Funktion ist als eine Tabelle in einem internen ROM im Controller 33 gespeichert.

Während des normalen Fahrbetriebs steuert der Controller 33 die Verteilung der elektri schen Leistung in Übereinstimmung mit der elektrischen Leistungsverteilungsfunktion A. In Fig. 2 bezeichnet Pmax die maximale elektrische Leistung, die aus der Batterie bezo gen werden kann. Wenn der Fahrer das Beschleunigungspedal niederdrückt, findet zu nächst eine Erhöhung der als Bewegungsleistung dem Motor 29 (Gebiet a) zugeführten elektrischen Leistung statt, und wenn der gesamte Betrag der elektrischen Leistung, die zum Betreiben des Motors 29 und zur Unterhaltung der Peripherausstattung, wie etwa dem Kompressor 15, dem Brennstoffumformer 1, dem Brennstoffbrennelement 3, dem Katalysatorwärmeelement (in der Zeichnung nicht gezeigt), und einem elektrischen Ver dampfer (in der Zeichnung nicht gezeigt), der zum Starten des Brennstoffumformersys tems notwendig ist, benötigt wird, den Wert von Pmax erreicht, wird ein anschließendes weiteres Niederdrücken des Beschleunigungspedal ignoriert und eine konstante elektri sche Leistung wird dem Motor 29 (Gebiet b) zugeführt. Unter dieser Bedingung ist die maximale Beschleunigung begrenzt.

Fig. 3 ist eine konzeptionelle Darstellung, ebenso wie der Graph A, der Funktion der elektrischen Leistungsverteilung, wenn ein Durchtreten (des Beschleunigerpedals) detek tiert wird. Ähnlich wie die Funktion A wird diese Funktion B der elektrischen Leistungs verteilung als Tabelle in einem internen ROM im Controller 33 gespeichert.

Wenn ein Durchtreten des Beschleunigerpedals erfasst wird, führt der Controller 33 die Steuerung der elektrischen Leistungsverteilung gemäß der Funktion B aus. Insbesonde re, wenn der Fahrer das Beschleunigerpedal niederdrückt, wird zunächst, ähnlich wie im Fall der Funktion A, die dem Motor 29 als Antriebsleistung zugeführte elektrische Leistung erhöht (Gebiet c).

Wenn jedoch der gesamte Betrag der zum Antrieb des Motors 29 benötigten elektri schen Leistung und der Betrag, der von der Peripher- bzw. Hilfseinrichtung, etwa wie dem Kompressor 15, dem Brennstoffumformer 1, dem Brennstoffbrennelement 3, dem Katalysatorwärmeelement (in der Zeichnung nicht gezeigt), und dem zum Starten des Brennstoffumformersystems notwendigen elektrischen Verdampfer (in der Zeichnung nicht gezeigt), den Wert Pmax erreicht, findet anschließend ein Übergang zur Vertei lungsfunktion A der elektrischen Leistung statt, in der die zum Betreiben der Hilfsein richtung, wie etwa dem Brennstoffumformer 1, dem Brennstoffbrennelement 3, dem Katalysatorelement (in der Zeichnung nicht gezeigt) und dem zum Starten des Brenn stoffumformersystems notwendigen elektrischen Verdampfer (in der Zeichnung nicht gezeigt), benötigte elektrische Leistung auf einen niedrigen Pegel abgesenkt wird, ohne den Betrieb des Brennstoffumformersystems zu unterbrechen, z. B. durch Begrenzung der Leistung in Übereinstimmung mit der Beschleunigerstellung, auf eine minimale elekt rische Leistung Pmin, mit der die katalytische Verbrennung im katalytischen Umwandler nicht unterbunden wird (Gebiet d).

Anschließend wird ein weiteres Betätigen des Beschleunigers ignoriert und dem Motor 29 (Gebiet e) eine konstante elektrische Leistung zugeführt. Unter dieser Bedingung ist es möglich, eine ausreichende Beschleunigung zu erreichen.

Bezüglich der Funktion in Fig. 5 beim Erfassen des Durchtretens (des Beschleuni gungspedals) ist der Steuervorgang des Verteilungssystems für elektrische Leistung ei nes Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem Flussdiagramm aus Fig. 4 wie folgt. Das Steuerungsflussdiagramm aus Fig. 4 und die Funktion aus Fig. 5 zum Erfassen des Durchtretens sind jeweils als Steuerprogramm und Datentabelle in einem internen ROM des Controllers 33 gespeichert.

Zunächst liest in einem Schritt S10 der Controller 33 die Fahrzeuggeschwindigkeit aus einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der an einen Motorcontroller oder einem Rad (in der Abbildung nicht gezeigt) befestigt ist. Im Schritt S20 wird mit Öffnen bzw. Betäti gen des Beschleunigers, das vom Niederdrücken des Beschleunigerpedals begleitet ist, ein Test durchgeführt, ob das in Fig. 5 gezeigte Gebiet des Durchtretens erreicht worden ist. Das heißt, es wird in Übereinstimmung mit der Funktion aus Fig. 5, die sich auf die Beschleunigerstellung in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit bezieht, getestet, ob der Fahrzeugfahrer ein Durchtreten ausgeführt hat oder nicht. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird ein Durchtreten als eingetretenes Ereignis bewertet, wenn eine gegebene Be schleunigerstellung für die augenblickliche Fahrzeuggeschwindigkeit überschritten wird.

Im Schritt S30 schreitet der Steuervorgang, wenn das Gebiet des Durchtretens nicht er reicht ist, zum Schritt S40 weiter, an dem der Controller 33 die Steuerung des elektri schen Leistungsstellers 31 gemäß der Verteilungsfunktion A für die elektrische Leistung in Fig. 2 durchführt, woraus sich der normale Fahrmodus ergibt.

Wenn im Schritt S30 jedoch das Gebiet des Durchtretens erkannt wird, geht das Steu erprogramm zum Schritt S50 weiter, an dem ein Übergang von der elektrischen Leis tungsverteilungsfunktion A zur elektrischen Leistungsverteilungsfunktion B stattfindet, so dass der elektrische Leistungssteller 31 die Steuerung gemäß der Verteilungsfunktion B für die elektrische Leistung aus Fig. 3 durchführt.

Wenn dies geschieht, wird, abhängig vom Zeitpunkt der Verteilung der elektrischen Leistung gemäß der Verteilungsfunktion B für die elektrische Leistung, da die zum Betreiben der Hilfseinrichtung beim Starten des Brennstoffumformersystems notwendige Leistung begrenzt ist, die zum Starten des Brennstoffumformersystems notwendige Zeitdauer lang. Wenn deshalb das Durchtreten häufig unter der Bedingung geschieht, dass das Brennstoffumformersystem noch nicht gestartet worden ist, ist es im extremen Falle möglich, dass die Batterie vollständig entleert ist, bevor das Brennstoffumformer system gestartet wird.

Wenn unter diesen Umständen erkannt wird, dass nicht genügend Leistung vorhanden ist, um das Brennstoffumformersystem zu starten, wird als Reaktion auf dieses Erfassen dem Verteilen der elektrischen Leistung zum Motor 29 gemäß der Verteilungsfunktion B für die elektrische Leistung Priorität gegeben; wenn diese elektrische Leistung einen vorbestimmten Betrag überschreitet, kann der Fahrer des Fahrzeugs mittels einer Alarmeinheit 39 gewarnt werden, dass nicht ausreichend Leistung zum Starten des Brennstoffumformersystems bereitsteht.

Folglich wird mittels der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Wir kung erreicht, dass der Betrag der dem Motor 29 zugeführten elektrischen Leistung durch Begrenzen der zum Starten des Brennstoffumformersystems notwendigen elektri schen Leistung erhöht wird, wenn detektiert wird, dass ein Beschleunigerpedal durch getreten ist. Somit ist es möglich, in dem der Verteilung der elektrischen Leistung zu dem Motor 29 die Priorität gegeben wird, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, ein ausreichen des Fahrverhalten des Fahrzeugs sogar während der Startphase des Brennstoffumfor mersystems zu erhalten.

Wenn erkannt wird, dass nicht ausreichend elektrische Leistung zum Starten des Brennstoffumformersystems vorhanden ist, kann der Fahrer durch Warnen über diesen Sachverhalt aufgefordert werden, geeignete Maßnahmen zu ergreifen, wodurch eine Entleerung der Batterie vor dem Starten des Brennstoffumformersystems verhindert wird.

Das System-Blockdiagramm aus Fig. 6 zeigt das System eines Brennstoffzellenfahr zeugs, in dem ein Verteilungssystem der elektrischen Leistung für ein Brennstoffzellen fahrzeug gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung installiert ist. In der zweiten Ausführungsform ist die grundlegende Anordnung die gleiche wie in der ersten Ausführungsform und entsprechende Elemente der zweiten Ausführungsform haben die gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform und werden im Folgenden nicht explizit beschrieben.

Ein Merkmal der zweiten Ausführungsform ist das Bereitstellen eines Wasserstoffspei chersystems 41, das Wasserstoff speichert, der in dem vom Brennstoffumformer 1 er zeugten umgeformten Gas enthalten ist, und das bei Bedarf reinen Wasserstoff 45 zur Brennstoffzelle 21 leitet. Das Wasserstoffspeichersystem 41 ermöglicht zusätzlich zum Kompensieren eine Verzögerung der Reaktion des Brennstoffumformersystems den Betrieb der Brennstoffzelle während der Startphase des Brennstoffumformersystems. Abhängig vom Verfahren der verwendeten Wasserstoffspeicherung sind eine Reihe von Wasserstoffspeichersystemen 41 denkbar. Wenn das umgeformte Gas 43 komprimiert und in einem Hochdrucktank gespeichert ist, ist das Wasserstoffspeichersystem 41 in diesem Falle als ein Hochdrucktank und ein Kompressor ausgebildet. In diesem Falle bezeichnet das Bezugszeichen 45 nicht reinen Wasserstoff sondern vielmehr umge formtes Gas. Wenn eine Wasserstoff einschließende Legierung verwendet wird, wird das Wasserstoffspeichersystem 41 durch eine Wasserstoffreinigungsvorrichtung zum Extrahieren reinen Wasserstoffs aus dem reformierten Gas 43, einem eine Wasserstoff einschließende Legierung enthaltenen Tank, und einem Heizelement zum Heizen des aus der Wasserstoff einschließenden Legierung extrahierten Wasserstoffs gebildet.

Unter Verwendung dieser Art des Wasserstoffspeichersystems 41 ist es selbst während der Startphase des Brennstoffumformersystems möglich, einen gewissen Betrag elektri scher Leistung unter Verwendung der Brennstoffzelle 21 zu erzeugen, so dass die elekt rische Leistung in der Verteilungsfunktion A für elektrische Leistung aus Fig. 2, die zur Beschreibung der ersten Ausführungsform verwendet wurde, und in der in Fig. 3 ge zeigten Verteilungsfunktion B der elektrischen Leistung in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform verteilt werden kann, wobei sich die elektrische Leistung aus der Brennstoffzelle 21 zur elektrischen Leistung aus der Batterie 27 addiert. Wenn in diesem Falle das Wasserstoffspeichersystem 41 in Betrieb gesetzt worden ist, ist der Betrag der erzeugten Elektrizität im Allgemeinen größer als der von der Hilfseinrichtung zur Erzeugung elektrischer Leistung mittels des Wasserstoffspeichersystems 41 benö tigte Betrag. Wenn daher erfasst wird, dass der Fahrer das Beschleunigerpedal durch getreten hat, besteht keine Notwendigkeit, die für die Erzeugung elektrischer Leistung notwendige Leistung der Hilfseinrichtung zu beschränken.

Im Gegensatz zu dem oben genannten wird die zum Starten des Wasserstoffspeicher systems 41 notwendige Leistung in gleicher Weise wie die zum Starten des Brennstoff umformersystems benötigte elektrische Leistung begrenzt, wenn während der Startpha se des Wasserstoffspeichersystems 41, während der die Wasserstoff einschließende Legierung kalt ist und eine ausreichende Erzeugung elektrischer Leistung noch nicht möglich ist, und wenn das Durchtreten des Beschleunigerpedals durch den Fahrer er fasst wird.

Folglich ist es gemäß der zweiten Ausführungsform selbst während des Startens des Brennstoffumformersystems möglich, elektrische Leistung mittels der Brennstoffzelle 21 zu erzeugen und damit während der Startphase des Brennstoffumformersystems ein ausreichendes Fahrverhalten zu erreichen, sogar wenn ein Durchtreten des Beschleuni gerpedals während der Startphase der Brennstoffzelle erkannt wird, sofern das Wasser stoffspeichersystem 41 bereits gestartet worden ist, indem die zum Betrieb des Wasser stoffspeichersystems 41 notwendige elektrische Leistung nicht begrenzt wird. Selbstver ständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen beispielhaften Ausführungs formen beschränkt; vielmehr liegen eine Reihe von Variationen, die beispielsweise im Folgenden beschrieben werden, innerhalb des Grundgedankens der Erfindung, die in den angefügten Ansprüchen definiert ist.

Obwohl beispielsweise die erste und die zweite Ausführungsform oben für den Fall be schrieben wurden, in dem das Durchtreten des Beschleunigerpedals durch den Fahrer unter Verwendung der Funktion, die die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Beschleuni gerstellung, wie in Fig. 5 gezeigt, in Beziehung setzt, erfasst wird, ist die vorliegende Er findung nicht auf dies beschränkt und kann ebenso beispielsweise eine Funktion oder einen Algorithmus verwenden, womit eine Detektion möglich wird, indem die Geschwin digkeit des Niederdrückens des Beschleunigerpedals und der Fahrzeuggeschwindigkeit oder ein Signal aus einem Beschleunigerimpulsschalter in Beziehung gesetzt wird.

Obwohl ferner in den ersten und zweiten Ausführungsformen der Fall beschrieben ist, in dem, wenn ein Durchtreten des Beschleunigerpedals durch den Fahrer erfasst wird, die zum Starten des Brennstoffumformersystems benötigte elektrische Leistung begrenzt wird, ist die vorliegende Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, die elektrische Leistung für die Luftumwälzung durch Ausschalten der Kli maanlage zu reduzieren, und drei Arten an Verteilungsfunktionen für die elektrische Leistung bereitzustellen, so dass, wenn ein Durchtreten des Beschleunigers in einer Be schleunigerstellung und gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit erfasst wird, die zum Starten des Brennstoffumformersystems benötigte elektrische Leistung beschränkt wird, und wenn ferner die Geschwindigkeit des Niederdrückens des Beschleunigerpedals ei nen vorgeschriebenen Wert überschreitet, die Klimaanlage ausgeschaltet wird.

Obwohl die erste und zweite Ausführungsform im Zusammenhang mit dem Steuern der Leistungsverteilung aus der Hauptbatterie beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfin dung auch in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Beispielsweise in einem Hybrid-Brenn stoffzellenfahrzeug mit einer Antriebsbatterie gibt es im Allgemeinen, da es notwendig ist das Hauptbatterienrelay zum Starten des Hauptleistungssystems einzuschalten, eine 12 oder 24 V Batterie, ähnlich wie in einem herkömmlichen Fahrzeug, die als Hilfsbatte rie verwendet wird, und die vorliegende Erfindung kann ebenfalls auf das Steuern der Leistungsverteilung hinsichtlich der Hilfsbatterie angewendet werden. Wenn beispiels weise der Beschleuniger voll ausgesteuert ist, ist es in diesem Falle möglich, Geräte, wie die Scheinwerfer und Blinker aus der Hilfsbatterie, zu versorgen.

Obwohl die erste und zweite Ausführungsform für den Fall der Verteilung der elektri schen Leistung während der Startphase des Brennstoffumformersystems beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Es ist beispielsweise e benso möglich, die vorliegende Erfindung dahingehend anzuwenden, dass während der Aufwärmphase der Brennstoffzelle 21 es möglich ist, eine gewisse elektrische Leistung, jedoch nicht in dem Umfang der elektrischen Nennleistung, zu erzeugen.

Gemäß einem Aspekt der vorhergehenden Ausführungsformen wird ein Wasserstoff speichersystem zum Speichern von Wasserstoff, der in dem vom Brennstoffumformer erzeugten umgeformten Gas enthalten ist, bereitgestellt, wobei nach dem in Betrieb set zen des Wasserstoffspeichersystems der Controller die zum Betrieb des Wasserstoff speichersystems benötigte elektrische Leistung nicht beschränkt, und wobei während der Startphase des Wasserstoffspeichersystems der Controller die zum Starten des Wasserstoffspeichersystems benötigte elektrische Leistung beschränkt. Wenn daher selbst während der Startphase des Brennstoffumformersystems ein Durchtreten des Beschleunigerpedals erkannt wird, wird, wenn das Wasserstoffspeichersystem bereits in Betrieb gesetzt worden ist, die vom Betrieb des Wasserstoffspeichersystems benötigte Leistung nicht beschränkt, so dass selbst während der Startphase des Brennstoffum formersystems es möglich ist, einen gewissen Betrag elektrischer Leistung mit Hilfe des Wasserstoffspeichersystems zu erzeugen, wodurch es möglich ist, selbst während der Startphase des Brennstoffumformersystems ein ausreichendes Fahrverhalten zu errei chen.

In einem weitere Aspekt wird ein Detektor für elektrische Leistung zum Erfassen unzu reichender elektrischer Leistung beim Starten des Brennstoffumformersystems und ein Alarmgeber zum Ausgeben eines Alarms in Reaktion auf das Detektierergebnis des Detektors für die elektrische Leistung, wenn die elektrische Leistung zum Starten des Brennstoffumformersystems nicht ausreicht, vorgesehen. Wenn folglich detektiert wird, dass nicht ausreichend elektrische Leistung zum Starten des Brennstoffumformersys tems vorhanden ist, erhält der Fahrer darüber eine Warnung, wobei der Fahrer aufge fordert wird, geeignete Maßnahmen zu treffen, um eine Entleerung der Batterie vor dem Starten des Brennstoffumformersystems zu vermeiden.

Der Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 11-26040 ist hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen.

Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit speziellen Ausdrücken und Begriffen beschrieben worden sind, ist diese Beschreibung lediglich il lustrativer Natur und es können selbstverständlich Änderungen und Modifikationen, oh ne vom Grundgedanken oder dem Schutzbereich der folgenden Ansprüche abzuwei chen, vorgenommen werden.

Fig. 1

9

Wassertank

5

Methanoltank

7

austretendes Gas

1

Umformer

3

Brennelement

15

Kompressor

17

Luft

27

Luft

13

umgeformtes Gas

23

gebrauchtes umgeformtes Gas

25

gebrauchte Luft

19

Luft

21

Brennstoffzelle

31

elektrischer Leistungssteller

27

Batterie

29

Motor

33

Controller

39

Alarmgeber

35

Beschleunigerpedal

37

Positionssensor

100

Elektrische Leistung

Fig. 2

1

Elektrische Leistung

2

Leistung für Hilfsausrüstung

3

Antriebsleistung

4

Beschleunigerstellung

5

Verteilungsfunktion A der elektrischen Leistung

Fig. 3

1

Elektrische Leistung

2

Leistung für Hilfsausstattung

3

Antriebsleistung

4

Beschleunigerstellung

5

Verteilungsfunktion B der elektrischen Leistung

Fig. 4

S10 Lesen der Fahrzeuggeschwindigkeit
S20 Lesen der Beschleunigerstellung
S40 Leistungsverteilung durch Funktion A
S30 Gebiet des Durchtretens?
S50 Leistungsverteilung durch Funktion B

1

nein

2

ja

3

gehe zurück

Fig. 5

1

Beschleunigerstellung

2

Gebiet des Durchtretens

3

normales Gebiet

4

Fahrzeuggeschwindigkeit

Fig. 6

9

Wassertank

5

Methanoltank

7

austretendes Gas

3

Brennelement

1

Umformer

17

Luft

27

Luft

15

Kompressor

19

Luft

21

Brennstoffzelle

23

wiederverwendbares bzw. gebrauchtes ungeformtes Gas

25

wiederverwendbare bzw. gebrauchte Luft

45

reiner Wasserstoff

41

Wasserstoffspeichersystem

39

Alarmgeber

33

Controller

31

elektrischer Leistungssteller

27

Batterie

29

Motor

35

Beschleunigerpedal

37

Positionssensor

100

elektrische Leistung

Claims

1. Verteilungssystem für elektrische Leistung für ein Brennstoffzellenfahrzeug mit:
einem aus Brennstoff umgeformtes Gas erzeugendem Brennstoffumformer;
einer Luftzuführquelle, die Luft bereitstellt;
einer Brennstoffzelle, die elektrische Leistung aus dem umgeformten Gas und der Luft erzeugt;
einer Batterie, die von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Leistung speichert und elektrische Leistung abgibt; und
einem Elektromotor, der mittels der von der Brennstoffzelle und der Batterie zu geführten elektrischen Leistung den Antrieb für das Fahrzeug bereitstellt,
wobei das Verteilungssystem für die elektrische Leistung auf die Betätigung eines Beschleunigers zum Verteilen elektrischer Leistung aus der Brennstoffzelle und der Batterie zu dem Brennstoffumformer, der Luftzuführquelle und dem Motor rea gierend ist, und wobei das System weiterhin umfasst:
einen Betätigungsdetektor, der ein Durchtreten eines Beschleunigerpedals erfasst; und
einen Controller, der bei Erfassen eines Durchtretens während der Startphase des Brennstoffumformersystems einschließlich des Brennstoffumformers und der Luft zuführquelle die Steuerung so durchführt, dass die zum Starten des Brennstoff umformersystems benötigte elektrische Leistung begrenzt und der zum Motor hin verteilte Betrag an elektrischer Leistung erhöht wird.

2. Das Verteilungssystem für elektrische Leistung gemäß dem Anspruch 1, dass weiterhin ein Wasserstoffspeichersystem, das den Wasserstoff speichert, der in dem von dem Brennstoffumformer erzeugten ungeformten Gas enthalten ist, um fasst, wobei nach dem Inbetriebsetzen des Wasserstoffspeichersystems der Cont roller die zum Betrieb des Wasserstoffspeichersystems notwendige elektrische Leistung nicht beschränkt, und wobei während der Startphase des Wasserstoff speichersystems die zum Starten des Wasserstoffspeichersystems benötigte e lektrische Leistung beschränkt wird.

3. Das Verteilungssystem für elektrischen Leistung gemäß dem Anspruch 1, das weiterhin umfasst:
einen Detektor für elektrische Leistung, der eine unzureichende elektrische Leis tung zum Starten des Brennstoffumformersystems nachweist; und
einen Alarmgeber, der in Reaktion auf ein Nachweisergebnis vom Detektor für elektrische Leistung einen Alarm ausgibt, wenn die elektrische Leistung nicht aus reicht, um das Brennstoffumformersystem zu starten.

4. Verteilungssystem für elektrische Leistung für ein Brennstoffzellenfahrzeug mit:
einem aus Brennstoff umgeformtes Gas erzeugenden Brennstoffumformer
einer Luftzuführquelle, die Luft bereitstellt;
einer Brennstoffzelle, die aus dem umgeformten Gas und der Luft elektrische Leistung erzeugt;
einer Batterie, die von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Leistung speichert und elektrische Leistung abgibt; und
einem Elektromotor, der mittels der von der Brennstoffzelle und der Batterie zu geführten elektrischen Leistung den Antrieb für das Fahrzeug bereitstellt,
wobei das Verteilungssystem für die elektrische Leistung auf die Betätigung eines Beschleunigers zum Verteilen elektrischer Leistung aus der Brennstoffzelle und
der Batterie zum Brennstoffumformer, der Luftzuführquelle und dem Motor reagie rend ist und wobei das System ferner umfasst:
eine Betätigungserfassungseinrichtung zum Nachweisen eines Durchtretens eines Beschleunigerpedals; und
eine Kontrolleinrichtung, die beim Erfassen des Durchtretens während der Start phase des Brennstoffumformersystems einschließlich des Brennstoffumformers und der Luftzuführquelle zum Ausführen eines Steuerablaufs in Betrieb ist, so dass die zum Starten des Brennstoffumformersystems notwendige elektrische Leistung beschränkt und der zum Motor hin verteilte Betrag der elektrischen Leistung erhöht wird.