-
Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verteilungssystem für
elektrische Leistung für
ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
-
Ein derartiges Verteilungssystem
ist aus der
DE 197
32 117 A1 bekannt. Ein solches Verteilungssystem weist
einen Brennstoffumformer, einen Kompressor, eine Brennstoffzelle,
eine Batterie, einen Elektromotor, einen Betätigungsdetektor und einen Controller,
der das Verteilungssystem steuert, auf.
-
In der
DE 196 17 548 A1 wird ebenfalls
ein Verteilungssystem für
elektrische Leistung für
eine Brennstoffzellenfahrzeug beschrieben. Dabei verteilt ein als
Energiemanager arbeitendes elektrisches Steuergerät, in Abhängigkeit
von der Stellung eines Fahrpedals, Energie aus Energiequellen des
Fahrzeugs, wie z. B. Batterie und Brennstoffzelle, nach vorgebbaren
Kriterien und Prioritäten
an Verbraucher.
-
Ein bekannter Typ eines Brennstoffzellenfahrzeugs
ist ein Hybrid-Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem
mit einem Brennstoffumformer und einer Batterie.
-
In einem derartigen Brennstoffzellenfahrzeug
wird der Brennstoffumformer für
gewöhnlich durch
einen Brennstoffumformer und einem Brennelement gebildet, wobei
umgeformtes Gas aus dem Brennstoffumformer und Luft aus einem Kompressor zur
Erzeugung 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 Brennstoffzelle 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, einen 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 Nennleistung 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.
-
In dem bekannten Brennstoffzellenfahrzeugsystem
wird jedoch eine große
Menge elektrischer Leistung benötigt,
um den Brennstoffumformer zu starten und Brennstoff umzuformen.
-
Genauer ausgedrückt, um den Brennstoffumformer
zu starten und Brennstoff umzuformen muss ebenfalls das Brennelement
gestartet werden, da die vom Brennelement erzeugte Wärme zur
Verdampfung des Brennstoffs wiederverwendet und in der Brennstoftumwandlungsreaktion
absorbiert wird. Um den, eine chemische Reaktion ausführenden Brennstoffumformer
zu starten, ist es notwendig, eine vorgeschriebene Temperatur, 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 Methanolbrennstoft 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 einer geeignet
hohen Temperatur bei der Verteuerung notwendig, eine große Menge
an Luft unter Verwendung eines Kompressors zuzuführen, wodurch sich der Betrag
an benötigter
elektrischer Leistung erhöht.
-
Bei der Verdampfung des Methanols
ist es in der Startphase notwendig, einen elektrischen 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 elektrischer Leistung extrem groß, etwa näherungsweise so groß wie der
Betrag an elektrischer Leistung, der zum Betrieb eines Brennstoffzellenfahrzeugs
in einem flachen Gebiet 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 zusätzlich
zum üblichen
Betrag an Energie, die zum Betrieb des Elektrofahrzeugs notwendig
ist, während
der Dauer abzudecken, bis es möglich
ist, den nominellen Betrag umgeformten Gases, das in der Brennstoffzelle
verwendbar ist, zu erzeugen, ist es möglich, 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
Brennstoffumformersystems als auch eine derartige Batterie hoher
Kapazität
vorzusehen. Somit ist die Begrenzung der Batteriebehältergröße unvermeidlich,
wodurch es schwierig ist ausreichend viel elektrische Leistung bereitzustellen,
um den Motor zu betreiben, bevor es möglich ist, den nominellen Betrag
an ungeformtem Gas zur Anwendung in der Brennstoffzelle 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 Brennstoffumformersystem ausreichend umgeformtes
Gas zur Verwendung in der Brennstoffzelle erzeugen kann, ein hoher
Betrag elektrischer Leistung benötigt,
um das Brennstoffumformersystem 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 Betriebsverhalten zu erreichen.
-
Angesichts der oben beschriebenen
Probleme beim Stand der Technik ist es folglich Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verteilungssystem der elektrischen Leistung i für ein Brennstoffzellenfahrzeug
bereitzustellen, das in der Lage ist, ein ausreichendes Betriebsverhalten
während
der Startphase des Brennstoffumformersystems zu erzielen.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verteilungssystem der eingangs genannten Art, bei dem der Controller
bei Erfassen des Durchtretens des Beschleunigungspedals, während der Startphase
des Brennstoffzellensystems, einschließlich des Brennstoffumformers
und des Kompressors, die Steuerung so durchführt, dass die zum Starten des
Brennstoffzellensystems benötigte
Leistung begrenzt und der zum Motor hin verteilte Betrag an elektrischer
Leistung erhöht
wird.
-
In diesem Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist es möglich
durch Erfassen des Durchdrückens des
Beschleunigungspedals, die zum Starten benötigte elektrische Leistung
zu begrenzen und die zum Motor verteilte Leistung zu erhöhen, wobei
dem Motor die Priorität
gegeben wird und während
des Startens des Brennstoffzellensystems ein ausreichendes Fahrverhalten
erreicht wird.
-
Die obigen und weitere Aufgaben und
neue Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der anschließenden detaillierten
Beschreibung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen deutlich.
Es zeigen:
-
1 ein
Systemblockdiagramm, das in einem Brennstoffzellenfahrzeug ein Verteilungssystem für elektrische
Leistung für
ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 einen
konzeptionellen Graphen einer elektrischen Leistungsverteilungsfunktion
einer Batterie während
des normalen Betriebs;
-
3 einen
konzeptionellen Graphen einer elektrischen Leistungsverteilungsfunktion
einer Batterie, wenn das Durchtreten erfasst wird;
-
4 ein
Steuerungsflussdiagramm, das den Steuerungsvorgang in einem elektrischen
Leistungsverteilungssystem eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
-
5 konzeptionell
das Erfassen des Durchtretens; und
-
6 ein
Systemblockdiagramm, das das System in einem Brennstoffzellenfahrzeug
darstellt, in dem ein elektrisches Leistungsverteilungssystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung installiert ist.
-
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den entsprechenden begleitenden
Zeichnungen beschrieben.
-
Das in 1 gezeigte
Brennstoffzellenfahrzeugsystem ist ein Hybrid-Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Batterie
und einem Brennstoftzellensystem mit einem Brennstoffumformer.
-
Das Brennstoffzellensystem besitzt
einen Brennstoffumformer 1 und ein Brennstoffverbrennungselement 3.
Der Brennstoffumformer 1 führt eine Dampfumwandlung unter
Verwendung von Wasser 11 aus einem Wassertank 9,
eine Dampfumwandlung von Methanol 7, das in einem Methanoltank 5 gelagert
ist, durch, wobei umgeformtes wasserstoffenthaltendes Gas 13 erzeugt
wird. Dabei wird in gewissen Fällen
das Umformen durchgeführt,
indem teilweise Methanol 7 unter Verwendung von Luft 19,
die von einem Kompressor 15 zugeführt wird, oxidiert wird. Die
Dampfumformung ist eine endotherme Reaktion, die partiale Oxidation
ist eine exotherme Reaktion.
-
Das umgeformte Gas 13 aus
dem Brennstoffumformer 1 und die Luft 19 aus dem
Kompressor 15 werden jeweils zur Annodenelektrode und zur
Kathodenelektrode der Brennstoffzelle 21 zugeführt, und es
wird elektrische Leistung unter Verwendung des in umgeformtem 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 ausgestoßen und in das Brennstoffbrennelement 3 als
gebrauchtes bzw. wiederverwendbares ungeformtes Gas 23 und
gebrauchte bzw. wiederverwendbare Luft 25 eingespeist;
und in einigen Fällen wird
eine Verbrennung zusammen mit der Luft 27 aus dem Kompressor 15 und
dem Methanol 7 aus dem Methanoltank 5 stattfinden.
Die Verbrennungswärme 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 elektrische
Energie und speichert die durch regeneratives Bremsen in einem Motor 29 erzeugte
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 Peripherausstattung, 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
Brennstoffbrennelement 3) als eine Aufteilung zwischen
der Bewegungsenergie und der Peripherausstattung wird durch den
elektrischen Leistungssteller 31 ausgeführt. Ein Controller 33 steuert
die Verteilung der elektrischen Leistung mittels des elektrischen
Leistungsstellers 31 durch ein Detektionssignal, das von
einem Positionssensor 37 zur Erfassung des Betrags des
Niederdrückens
eines Beschleunigungspedals (Öffnen
bzw. Betätigen
des Beschleunigers) durch den Fahrer und durch Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit
erzeugt 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 mehreren 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 Brennstoffumformer 1 in der Lage ist, einen in der Brennstoffzelle 21 verwendbaren
nominellen Betrag an umgeformtem Gas zu erzeugen, beginnt die Brennstoffzelle,
Elektrizität
zu erzeugen. Da zu diesem Zeitpunkt sich die Temperatur der Brennstoffzelle 21 noch
nicht erhöht
hat, ist es noch nicht möglich, den
Nennbetrag der elektrischen Leistung zu erzeugen. 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 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 elektrischen Leistung in Übereinstimmung mit der elektrischen
Leistungsverteilungsfunktion A. In 2 bezeichnet Pmax
die maximale elektrische Leistung, die aus der Batterie bezogen
werden kann. Wenn der Fahrer das Beschleunigungspedal niederdrückt, findet
zunächst 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 Verdampfer
(in der Zeichnung nicht gezeigt), der zum Starten des Brennstoffumformersystems
notwendig ist, benötigt
wird, den Wert von Pmax erreicht, wird ein anschließendes weiteres
Niederdrücken
des Beschleunigungspedal ignoriert und eine konstante elektrische
Leistung wird dem Motor 29 (Gebiet b) zugeführt. Unter
dieser Bedingung ist die maximale Beschleunigung begrenzt.
-
3 ist
eine konzeptionelle Darstellung, ebenso wie der Graph A, der Funktion
der elektrischen Leistungsverteilung, wenn ein Durchtreten (des
Beschleunigungspedals) detektiert wird. Ähnlich wie die Funktion A wird
diese Funktion B der elektrischen Leistungsverteilung als Tabelle
in einem internen ROM im Controller 33 gespeichert.
-
Wenn ein Durchtreten des Beschleunigungspedals
erfasst wird, führt
der Controller 33 die Steuerung der elektrischen Leistungsverteilung
gemäß der Funktion
B aus. Insbesondere, wenn der Fahrer das Beschleunigungspedal 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 elektrischen 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 Verteilungsfunktion
A der elektrischen Leistung statt, in der die zum Betreiben der
Hilfseinrichtung, wie etwa dem Brennstoffumformer 1, dem
Brennstoffbrennelement 3, dem Katalysatorelement (in der Zeichnung
nicht gezeigt) und dem zum Starten des Brennstoffumformersystems
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 elektrische 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 5 beim Erfassen des Durchtretens
(des Beschleunigungspedals) ist der Steuervorgang des Verteilungssystems
für elektrische
Leistung eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß dem Flussdiagramm aus 4 wie folgt. Das Steuerungsflussdiagramm
aus 4 und die Funktion
aus 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. Betätigen des
Beschleunigers, das vom Niederdrücken
des Beschleunigungspedals begleitet ist, ein Test durchgeführt, ob
das in 5 gezeigte Gebiet des
Durchtretens erreicht worden ist. Das heißt, es wird in Übereinstimmung
mit der Funktion aus 5, die
sich auf die Beschleunigerstellung in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit
bezieht, getestet, ob der Fahrzeugfahrer ein Durchtreten ausgeführt hat
oder nicht. Wie in 5 gezeigt
ist, wird ein Durchtreten als eingetretenes Ereignis bewertet, wenn
eine gegebene Beschleunigerstellung für die augenblickliche Fahrzeuggeschwindigkeit überschritten
wird.
-
Im Schritt S30 schreitet der Steuervorgang, wenn
das Gebiet des Durchtretens nicht erreicht ist, zum Schritt S40
weiter, an dem der Controller 33 die Steuerung des elektrischen
Leistungsstellers 31 gemäß der Verteilungsfunktion A
für die
elektrische Leistung in 2 durchführt, woraus
sich der normale Fahrmodus ergibt.
-
Wenn im Schritt S30 jedoch das Gebiet
des Durchtretens erkannt wird, geht das Steuerprogramm zum Schritt
S50 weiter, an dem ein Übergang von
der elektrischen Leistungsverteilungsfunktion A zur elektrischen
Leistungsverteilungsfunktion B stattfindet, so dass der elektrische
Leistungssteller 31 die Steuerung gemäß der Verteilungsfunktion B
für die elektrische
Leistung aus 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 Brennstoffumformersystem gestartet wird.
-
Wenn unter diesen Umständen erkannt
wird, dass nicht genügend
Leistung vorhanden ist, um das Brennstoftumformersystem 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 Brennstoftumformersystems
bereitsteht.
-
Folglich wird mittels der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Wirkung erreicht, dass der Betrag
der dem Motor 29 zugeführten elektrischen
Leistung durch Begrenzen der zum Starten des Brennstoftumformersystems
notwendigen elektrischen Leistung erhöht wird, wenn detektiert wird,
dass ein Beschleunigungspedal durchgetreten ist. Somit ist es möglich, in
dem der Verteilung der elektrischen Leistung zu dem Motor 29 die
Priorität gegeben
wird, wie dies in 3 gezeigt
ist, ein ausreichendes Fahrvefialten des Fahrzeugs sogar während der
Startphase des Brennstoftumformersystems zu erhalten.
-
Wenn erkannt wird, dass nicht ausreichend elektrische
Leistung zum Starten des Brennstoftumformersystems vorhanden ist,
kann der Fahrer durch Warnen über
diesen Sachvefialt aufgefordert werden, geeignete Maßnahmen
zu ergreifen, wodurch eine Entleerung der Batterie vor dem Starten
des Brennstoftumformersystems verhindert wird.
-
Das System-Blockdiagramm aus 6 zeigt das System eines
Brennstoftzellenfahrzeugs, in dem ein Verteilungssystem der elektrischen
Leistung für ein
Brennstoftzellenfahrzeug 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 Wasserstoftspeichersystems 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 Brennstoftumformersystems. Abhängig vom Vertahren 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 umgeformtes 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
elektrischer Leistung unter Verwendung der Brennstoffzelle 21 zu
erzeugen, so dass die elektrische Leistung in der Verteilungsfunktion
A für elektrische
Leistung aus 2, die
zur Beschreibung der ersten Ausführungsform
verwendet wurde, und in der in 3 gezeigten
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 benötigte Betrag.
Wenn daher erfasst wird, dass der Fahrer das Beschleunigungspedal
durchgetreten 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 Wasserstoffspeichersystems 41 notwendige
Leistung in gleicher Weise wie die zum Starten des Brennstoffumformersystems
benötigte elektrische
Leistung begrenzt, wenn während
der Startphase 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 Beschleunigungspedals durch den
Fahrer erfasst wird.
-
Folglich ist es gemäß der zweiten
Ausführungsform
selbst während
des Startens des Brennstoftumformersystems möglich, elektrische Leistung mittels
der Brennstoffzelle 21 zu erzeugen und damit während der
Startphase des Brennstoftumformersystems ein ausreichendes Fahrverhalten
zu erreichen, sogar wenn ein Durchtreten des Beschleunigungspedals
während
der Startphase der Brennstoffzelle erkannt wird, sofern das Wasserstoftspeichersystem 41 bereits
gestartet worden ist, indem die zum Betrieb des Wasserstoffspeichersystems 41 notwendige
elektrische Leistung nicht begrenzt wird. Selbstverständlich ist
die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen beispielhaften Ausführungsformen
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 beschrieben wurden, in dem das Durchtreten des Beschleunigungspedals
durch den Fahrer unter Verwendung der Funktion, die die Fahrzeuggeschwindigkeit
und die Beschleunigerstellung, wie in 5 gezeigt,
in Beziehung setzt, erfasst wird, ist die vorliegende Erfindung
nicht auf dies beschränkt
und kann ebenso beispielsweise eine Funktion oder einen Algorithmus verwenden,
womit eine Detektion möglich
wird, indem die Geschwindigkeit des Niederdrückens des Beschleunigungspedals
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 Beschleunigungspedals durch
den Fahrer erfasst wird, die zum Starten des Brennstoftumformersystems
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 Klimaanlage zu reduzieren, und drei Arten
an Verteilungsfunktionen für die
elektrische Leistung bereitzustellen, so dass, wenn ein Durchtreten
des Beschleunigers in einer Beschleunigerstellung und gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit
erfasst wird, die zum Starten des Brennstoffumformersystems benötigte elektrische Leistung
beschränkt
wird, und wenn ferner die Geschwindigkeit des Niederdrückens des
Beschleunigungspedals einen vorgeschriebenen Wert überschreitet,
die Klimaanlage ausgeschaltet wird.
-
Obwohl die erste und zweite Ausführungsform
im Zusammenhang mit dem Steuem der Leistungsverteilung aus der Hauptbatterie
beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung auch in dieser Hinsicht
nicht beschränkt.
Beispielsweise in einem Hybrid-Brennstoftzellenfahrzeug mit einer
Antriebsbatterie gibt es im Allgemeinen, da es notwendig ist das
Hauptbatterienrelay zum Starten des Hauptleistungssystems einzuschalten,
eine 12 oder 24V Batterie, ähnlich
wie in einem herkömmlichen
Fahrzeug, die als Hilfsbatterie verwendet wird, und die vorliegende
Erfindung kann ebenfalls auf das Steuern der Leistungsverteilung
hinsichtlich der Hilfsbatterie angewendet werden. Wenn beispielsweise
der Beschleuniger voll ausgesteuert ist, ist es in diesem Falle
möglich,
Geräte,
wie die Scheinwerter und Blinker aus der Hilfsbatterie, zu versorgen.
-
Obwohl die erste und zweite Ausführungsform
für den
Fall der Verteilung der elektrischen Leistung während der Startphase des Brennstoftumformersystems
beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Es
ist beispielsweise ebenso 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 Wasserstoftspeichersystem zum Speichern von Wasserstoff,
der in dem vom Brennstoffumformer erzeugten umgeformten Gas enthalten
ist, bereitgestellt, wobei nach dem in Betrieb setzen des Wasserstoffspeichersystems
der Controller die zum Betrieb des Wasserstoftspeichersystems benötigte elektrische
Leistung nicht beschränkt,
und wobei während
der Startphase des Wasserstoftspeichersystems der Controller die
zum Starten des Wasserstoftspeichersystems benötigte elektrische Leistung
beschränkt.
Wenn daher selbst während
der Startphase des Brennstoftumformersystems ein Durchtreten des
Beschleunigungspedals erkannt wird, wird, wenn das Wasserstoftspeichersystem
bereits in Betrieb gesetzt worden ist, die vom Betrieb des Wasserstoftspeichersystems
benötigte Leistung
nicht beschränkt,
so dass selbst während der
Startphase des Brennstoftumformersystems 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 erreichen.
-
In einem weitere Aspekt wird ein
Detektor für elektrische
Leistung zum Erfassen unzureichender 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 Brennstoffumformersystems
vorhanden ist, erhält
der Fahrer darüber eine
Warnung, wobei der Fahrer aufgefordert wird, geeignete Maßnahmen
zu treffen, um eine Entleerung der Batterie vor dem Starten des
Brennstoffumformersystems zu vermeiden.
-
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
-
2
-
- 1
- Elektrische
Leistung
- 2
- Leistung
für Hilfsausrüstung
- 3
- Antriebsleistung
- 4
- Beschleunigerstellung
- 5
- Verteilungsfunktion
A der elektrischen Leistung
-
3
-
- 1
- Elektrische
Leistung Leistung
- 2
- Leistung
für Hilfsausstattung
- 3
- Antriebsleistung
- 4
- Beschleunigerstellung
- 5
- Verteilungsfunktion
B der elektrischen Leistung
-
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
-
5
-
- 1
- Beschleunigerstellung
- 2
- Gebiet
des Durchtretens
- 3
- normales
Gebiet
- 4
- Fahrzeuggeschwindigkeit
-
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