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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit und
ein damit ausgestattetes Fahrzeug.
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Bisher wurde eine derartige Antriebseinheit vorgeschlagen,
bei der eine Brennstoffzelle, eine Sekundärbatterie, ein Kondensator
mit großer
Kapazität und
eine Elektrolyseapparatur parallel zu einer Steuerschaltung zum
Ansteuern eines Motors ohne Zwischenschaltung eines Spannungswandlers,
parallel geschaltet sind, und bei der ein erster Schalter zum Trennen
der Brennstoffzelle und der Sekundärbatterie von der Steuerschaltung
und ein zweiter Schalter zum Ausschalten der Elektrolyseapparatur
vorgesehen sind (japanische Patentanmeldung, Offenlegungsnummer
6-253409 (1 und 2, Seite 4)). Der erste und
der zweite Schalter ist jeweils während des Normalbetriebs dieser
Einheit ein und aus. Wenn eine Rückgewinnungssteuerung
und/oder -regelung, bzw. eine Rückkopplungssteuerung
und/oder -regelung des Motors durchgeführt wird, wird der erste Schalter
ausgeschaltet, um die Brennstoffzelle und die Sekundärbatterie
von der Steuerschaltung zu trennen, so dass der Kondensator mit
großer
Kapazität
unter Verwendung der Rückgewinnungsenergie bzw.
der regenerativen Leistung geladen wird. Wenn eine Zwischenanschlussspannung
bzw. eine Spannung zwischen den Platten des Kondensators mit großer Kapazität über eine
Zwischenanschlussspannung bzw. eine Spannung zwischen den Polen
der Sekundärbatterie
ansteigt, dann wird der zweite Schalter angeschaltet, so dass die
Elektrolyseapparatur Wasser unter Verwendung von Rückgewinnungsenergie
und elektrischer Leistung elektrolysiert, die von dem Kondensator
mit großer
Kapazität erhalten
wird. Der Wasserstoff und der Sauerstoff, die durch die Elektrolyse
des Wassers erhalten werden, werden als Brennstoff für die Brennstoffzelle verwendet.
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Bei der so aufgebauten Antriebseinheit
muss allerdings jedes Mal, wenn eine Rückgewinnungssteuerung bzw.
eine Rückgewinnungsregelung
des Motors durchgeführt
wird, der erste Schalter ausgeschaltet werden, um die Brennstoffzelle
und die Sekundärbatterie
von der Steuerschaltung zu trennen. Für den Fall, dass die Rückgewinnungsregelung
des Motors häufig
durchgeführt
wird, nimmt die auf den ersten Schalter ausgeübte Belastung desto mehr zu, je
komplizierter die Regelung wird.
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Diese Antriebseinheit ist mit der
Sekundärbatterie
und der Elektrolyseapparatur ausgestattet. Daher wird, wenn die
Antriebseinheit kompliziert wird, sowohl die Sekundärbatterie
als auch die Elektrolyseapparatur kompliziert. Zur Verringerung
der Größe oder
Vereinfachung der Antriebseinheit kann die Antriebseinheit auf die
Sekundärbatterie
und die Elektrolyseapparatur verzichten. In diesem Fall kann allerdings,
wenn eine Brennstoffzelle nach dem Trennen durch den ersten Schalter
wieder verbunden wird, ein großer
Strom zwischen der Brennstoffzelle und dem Kondensator mit großer Kapazität fließen, falls
die Zwischenanschlussspannung des Kondensators mit großer Kapazität einen
bestimmten Wert annimmt. Ein solch großer Strom verursacht Schwierigkeiten,
wie z. B. eine Lebenszeitverringerung des Schalters.
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Bei einer mit einer Lade-/Entladeeinrichtung ausgestatteten
Antriebseinheit, und einer mit einer Steuerschaltung zum Ansteuern
eines Motors ohne Zwischenschaltung eines Spannungswandlers parallel
geschalteten Brennstoffzelle, und bei einem mit der Antriebseinheit
ausgestatteten Fahrzeug, ist es eine Aufgabe der Erfindung, ei nen
hohen Wirkungsgrad der Brennstoffzelle selbst dann aufrecht zu erhalten,
wenn die Brennstoffzelle während
der Rückgewinnungsregelung
der Brennstoffzelle nicht von der Steuerschaltung getrennt wird.
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Diese Aufgabe wird mittels der Gegenstände der
unabhängigen
Patenansprüche
1 und 11 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Antriebseinheit der Erfindung
und das damit ausgestattete Fahrzeug bedienen sich folgender Einrichtungen,
um obige Aufgabe zu lösen.
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Eine Antriebseinheit gemäß einem
Aspekt der Erfindung umfasst einen Motor, eine Steuerschaltung,
eine Brennstoffzelle, eine Lade-/Entladeeinrichtung, eine Diode
und eine Antriebsregelungseinrichtung. Der Motor kann die Antriebskraft
an eine Antriebswelle abgeben und von einer Antriebswelle aufnehmen.
Die Steuerschaltung führt
die Antriebsregelung des Motors durch. Die Brennstoffzelle ist an
die Steuerschaltung ohne Zwischenschaltung eines Spannungswandlers
angeschlossen, so dass elektrische Leistung ausgegeben werden kann.
Die Lade-/Entladeeinrichtung ist parallel zu der Brennstoffzelle
und der Steuerschaltung geschaltet, so dass elektrische Leistung
ausgegeben werden kann, und weist mindestens einen Kondensator auf,
dessen Spannung im vollständig
geladenen Zustand höher ist
als eine Spannung zwischen den Polen bzw. eine Spannung zwischen
den Polen der Brennstoffzelle. Die Diode ist zwischen der Brennstoffzelle
und der Lade-/Entladeeinrichtung eingebaut, so dass die elektrische
Leistung nur in eine Richtung von der Brennstoffzelle an die Lade-/Entladeeinrichtung
ausgegeben werden kann. Die Antriebsregelungseinrichtung regelt
die Steuerschaltung, so dass die Antriebsregelung des Motors auf Basis
der benötigten, auf
die Antriebswelle zu übertragenden
Antriebskraft durchgeführt
wird. Das Wesentliche dieses Aspekts der Erfindung besteht darin,
dass die Steuerschaltung die Antriebsregelung des Motors durch die
Ausgabe von elektrischer Leistung von der Lade-/Entladeeinrichtung
oder die Ausgabe von elektrischer Leistung von der Lade-/Entladeeinrichtung
und der Brennstoffzelle ausführt.
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Bei der Antriebseinheit des zuvor
erwähnten Aspekts
wird, wenn die Rückgewinnungsregelung des
Motors durchgeführt
wird, die Lade-/Entladeeinrichtung mit mindestens einem Kondensator,
dessen Betriebsspannung so eingestellt ist, dass seine Spannung
in einem vollständig
geladenen Zustand oberhalb einer Spannung zwischen den Polen der Brennstoffzelle
liegt, mit der erhaltenen Rückgewinnungsenergie
geladen. Zu diesem Zeitpunkt wird in einigen Fällen die Zwischenanschlussspannung
der Lade-/Entladeeinrichtung höher
als die Spannung zwischen den Polen der Brennstoffzelle. Da allerdings
die Diode in eine Richtung derart eingebaut und orientiert ist,
dass die Brennstoffzelle die Lade-/Entladeeinrichtung laden kann,
fließt
kein Rückwärtsstrom
durch die Brennstoffzelle. Demzufolge besteht kein Bedarf, die Brennstoffzelle
von der Steuerschaltung während
der Rückgewinnungsregelung des
Motors zu trennen. Bei der Antriebseinheit der Erfindung wird, wenn
die Leistungslaufregelung des Motors bzw. die Regelung des Motors
auf Basis der im Fahrzeug gespeicherten Energie nach der oben beschriebenen
Rückgewinnungsregelung
des Motors durchgeführt
wird, der Motor durch eine Ausgabe von der Lade-/Entladeeinrichtung
angetrieben, falls die Zwischenanschlussspannung der Lade-/Entladeeinrichtung
höher ist
als die Spannung zwischen den Polen der Brennstoffzelle, und durch
Ausgaben von der Brennstoffzelle und der Lade-/Entladeeinrichtung,
wenn die Zwischenanschlussspannung der Lade-/Entladeeinrichtung auf
die Spannung zwischen den Polen der Brennstoffzelle abgefallen ist.
Das heißt
es kann das Phänomen
verhindert werden, dass durch Verbinden der Brennstoffzelle verursacht werden
kann, wenn die Zwischenanschlussspannung der Lade-/Entladeeinrichtung
niedriger ist als die Spannung zwischen den Polen der Brennstoffzelle,
d.h. genauer gesagt das Phänomen,
dass ein großer
Strom zwischen der Brennstoffzelle und der Lade-/Entladeeinrichtung
fließt.
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Bei der Antriebseinheit des zuvor
erwähnten Aspektes
kann die Brennstoffzelle so angeschlossen werden, dass die elektrische
Leistung an die Steuerschaltung über
die Lade-/Entladeeinrichtung ausgegeben werden kann.
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Zusätzlich kann die Antriebseinheit
des zuvor erwähnten
Aspektes ferner eine Spannungserfassungseinrichtung umfassen, die
eine Zwischenanschlussspannung der Lade/Entladeeinrichtung erfasst,
und die Antriebsregelungseinrichtung kann die Steuerschaltung auf
eine solche Weise regeln, dass die durch die Rückgewinnungsregelung des Motors erzeugte
Rückgewinnungsenergie
zunimmt, wenn eine Zwischenanschlussspannung, die von der Spannungserfassungseinrichtung
während
der Rückgewinnungsregelung
des Motors erfasst wird, zwischen einer Spannung zwischen den Polen
der Brennstoffzelle und einer vorbestimmten Spannung liegt, die
niedriger als die Spannung zwischen den Polen ist. Bei diesem Aufbau
kann ein Zustand, bei dem eine Zwischenanschlussspannung der Lade-/Entladeeinrichtung
zwischen einer Spannung zwischen den Polen der Brennstoffzelle und
der vorbestimmten Spannung ist, schnell durchschritten werden. Daher
kann für
den Fall, dass eine zu verwendende Brennstoffzelle einen nicht besonders
hohen Wirkungsgrad aufweist, wenn sie bei einer Spannung zwischen
der Spannung zwischen den Polen und der vorbestimten Spannung betrieben
wird, eine Unterdrückung
des Abfallens des Wirkungsgrädes der
Brennstoffzelle, d. h. eine Verbesserung des Wirkungsgrades der
Brennstoffzelle erreicht werden. Zusätzlich kann die Antriebseinheit
des zuvor erwähnten
Aspektes ferner eine Bremskraftausübungseinrichtung umfassen.
Die Bremskraftausübungseinrichtung übt eine
mechanische Bremskraft auf die Antriebswelle aus und wird durch
die Antriebsregelungseinrichtung geregelt. Falls die benötigte Antriebskraft,
die auf die Antriebswelle übertragen
werden muss, eine Bremskraft ist, teilt die Antriebsregelungseinrichtung
die benötigte
Antriebskraft in eine erste Bremskraft, die durch die Rückgewinnungsregelung
des Motors erzeugt werden muss, und eine zweite Bremskraft, die
durch die Bremskraftausübungseinrichtung
erzeugt werden muss, und regelt die Steuerschaltung und die Bremskraftausübungseinrichtung
so, dass die erste Bremskraft und die zweite Bremskraft auf die
Antriebswelle ausgeübt werden.
Die Antriebsregelungseinrichtung regelt dann die Steuerschaltung
und die Bremskraftausübungseinrichtung
so, dass die erste Bremskraft zunimmt, wenn eine von der Spannungserfassungseinrichtung
erfasste Zwischenanschlussspannung während der Regelung des Motors
innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ist, der eine Spannung zwischen den
Polen der Brennstoffzelle enthält.
Bei diesem Aufbau kann die Rückgewinnungsenergie
erhöht werden,
ohne eine auf die Antriebswelle auszuübende Bremskraft zu ändern.
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Zusätzlich kann die Antriebseinheit
des zuvor erwähnten
Aspekts eine Abschalteinrichtung umfassen, die die Brennstoffzelle
von der Steuerschaltung trennen kann, und die Antriebsregelungseinrichtung
kann die Abschalteinrichtung so regeln, dass die Brennstoffzelle
nicht von der Steuerschaltung getrennt wird, wenn Antriebskraft
von dem Motor auf die Antriebswelle ausgeübt bzw. von der Antriebswelle abgegeben
wird. Bei diesem Aufbau kann verhindert werden, dass die Abschalteinrichtung
sich auf Grund der Zunahme der darauf ausgeübten Belastung ver schlechtert.
Die Antriebsregelungseinrichtung kann ebenso die Abschalteinrichtung
so regeln, dass die Brennstoffzelle auch nicht von der Steuerschaltung getrennt
wird, wenn die Rückgewinnungsregelung des
Motors durchgeführt
wird.
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Ferner kann bei der Antriebseinheit
des zuvor erwähnten
Aspekts die Lade-/Entladeeinrichtung aus einer Mehrzahl von Kondensatoren
bestehen, die parallel geschaltet sind. Die Lade-/Entladeeinrichtung
kann einen Verbindungsschalter zum Verbinden oder Trennen mindestens
eines der Kondensatoren aufweisen. Bei diesem Aufbau kann nur einer oder
einige der Kondensatoren verwendet werden. Zusätzlich kann die Antriebseinheit
des zuvor erwähnten
Aspekts ferner eine Spannungserfassungseinrichtung umfassen, die
eine Zwischenanschlussspannung der Lade-/Entladeeinrichtung erfasst,
und die Antriebsregelungseinrichtung kann den Verbindungsschalter
so regeln, dass mindestens ein Kondensator getrennt wird, wenn die
Rückgewinnungsregelung
des Motors durchgeführt
wird, und so, dass mindestens einer der Kondensatoren, der getrennt wurde,
angeschlossen wird, wenn die von der Spannungserfassungseinrichtung
erfasste Spannung mit mindestens einem getrennten Kondensator um
einen vorbestimmten Spannung höher
wird als eine Spannung zwischen den Polen der Brennstoffzelle. Bei diesem
Aufbau kann ein Zustand, bei dem die Zwischenanschlussspannung der
Lade-/Entladeeinrichtung zwischen der Spannung zwischen den Polen der
Brennstoffzelle und der vorbestimmten Spannung ist, schnell durchschritten
werden. Daher kann für
den Fall, dass eine zu verwendende Brennstoffzelle einen nicht besonders
hohen Wirkungsgrad aufweist, wenn sie mit einer Spannung zwischen
der Spannung zwischen den Polen und der vorbestimmten Spannung betrieben
wird, die Unterdrückung
eines Abfalls des Wirkungsgrades der Brennstoffzelle, d. h. die
Verbesserung des Wirkungsgrades der Brennstoffzelle erreicht werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
Erfindung ist ein Verfahren zum Regeln einer Antriebseinheit mit
einem Motor bereit gestellt, der Antriebskraft auf eine Antriebswelle
ausüben
oder von einer Antriebswelle aufnehmen kann, einer Steuerschaltung,
die die Antriebsregelung des Motors durchführt, einer Brennstoffzelle,
die elektrische Leistung an die Steuerschaltung ausgibt, einer Lade-/Entladeeinrichtung, die
zu der Brennstoffzelle parallel geschaltet ist und elektrische Leistung
an die Steuerschaltung ausgibt, einer Bremskraftausübungseinrichtung,
die eine mechanische Bremskraft auf die Antriebswelle ausübt, und
eine Antriebsregelungseinrichtung, die die Steuerschaltung und die
Bremskraftausübungseinrichtung
so regelt, dass die Antriebsregelung des Motors auf Basis der benötigten Antriebskraft
durchgeführt wird,
die auf die Antriebswelle übertragen
werden muss. Das Verfahren umfasst die Schritte des Messens der
in die Steuerschaltung eingegebenen elektrischen Leistung, des Bestimmens,
ob die benötigte Antriebskraft,
die auf die Antriebswelle übertragen werden
muss, eine Bremskraft ist oder nicht, und des Ausübens einer
Bremskraft, die durch die Rückgewinnungsregelung
des Motors erzeugt wird, auf die Antriebswelle, als eine Kraft,
die größer als
eine Bremskraft ist, die durch die Bremskraftausübungseinrichtung erzeugt wird,
wenn die benötigte
Antriebskraft eine Bremskraft ist, während die elektrische Leistung
innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ist.
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Die Antriebseinheit des zuvor erwähnten Aspekts
kann nicht nur in einem Fahrzeug mit Achsen montiert werden, wobei
zumindest eine dieser mechanisch an die Antriebswelle der Antriebseinheit
angeschlossen ist, sondern auch in einem sich bewegenden Objekt
montiert werden, das kein Fahrzeug ist, wie z. B. in einem Schiff,
in einem Flugzeug oder Ähnlichem.
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Die Aufgabe der Erfindung und die
vorteilhaften Aspekte und Merkmale der Erfindung werden nachstehend
mit Bezug auf folgende Zeichnungen erläutert.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das den Gesamtaufbau eines Elektrofahrzeugs 10 entsprechend einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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2 ist
ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Antriebsregelungsroutine
zeigt, die von einer elektronischen Steuereinheit 70 der
Ausführungsform
ausgeführt
wird.
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3 ist
eine illustrative Ansicht, die ein Beispiel einer Übersicht
zur Einstellung des benätigten Drehmoments
zeigt.
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4 ist
eine illustrative Ansicht, die ein Beispiel einer Übersicht
zur Motordrehmomenteinstellung zeigt.
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5 ist
eine illustrative Ansicht, die ein Beispiel einer Strom-Spannungs-Kennlinie
(IU-Kennlinie) einer Brennstoffzelle 30 zeigt.
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6 ist
ein Blockdiagramm, das den Gesamtaufbau einer Kondensatoreinheit 32B zeigt,
die in einem Elektrofahrzeug 10B entsprechend einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist.
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7 ist
ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Antriebsregelungsroutine
zeigt, die durch die elektroni sche Steuereinheit 70 der
zweiten Ausführungsform
ausgeführt
wird.
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8 ist
ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Ladungsmanagementroutine
zeigt.
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Als Nächstes werden die Modi der
Umsetzung der Erfindung mit Bezug auf die Ausführungsformen davon beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm,
das den Gesamtaufbau eines Elektrofahrzeugs 10 entsprechend
einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt,
ist das Elektrofahrzeug 10 der Ausführungsform mit einer Brennstoffzelle 30,
einem Kondensator 32, einem Wechselrichter 34,
einem Fahrmotor 36 und einer elektronischen Steuereinheit 70 ausgestattet.
Die Brennstoffzelle 30 erzeugt Elektrizität unter
Verwendung von Wasserstoffgas und in der Luft enthaltenem Sauerstoff.
Das Wasserstoffgas ist ein von einem Hochdruckwasserstofftank 22 zugeführtes und
von einer Umwälzpumpe 26 zum
Zirkulieren veranlasstes Brenngas, und der Sauerstoff wird von einem
Luftkompressor 28 und einem Druckspeicher 24 über ein Umsteuerventil 50 zugeführt. Der
Kondensator 32 ist über
einen Leistungsschalter 56 parallel zu der Brennstoffzelle 30 geschaltet.
Der Wechselrichter 34 wandelt die von der Brennstoffzelle 30 und
dem Kondensator 32 übertragene
Gleichstromleistung in eine Drehstromleistung bzw. Dreiphasenwechselstromleistung.
Der Fahrmotor 36 wird durch die von dem Wechselrichter 34 durch
Umwandlung erzeugte Dreiphasenwechselstromleistung angetrieben und
gibt Antriebskraft an die Antriebsräder 12 über ein
Kegelradausgleichsgetriebe 14 aus. Die elektrische Steuereinheit 20 regelt
das Elektrofahrzeug 10 vollständig.
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Obwohl nicht dargestellt, ist die
Brennstoffzelle 30 ein Brennstoffzellenstapel, der durch
Aufeinanderschichten einer Mehrzahl von einzelnen Zellen und Trennelemen ten
erhalten wird. Jede dieser einzelnen Zellen besteht aus einer elektrolytischen Membran
und einer Anode und einer Kathode, die die elektrolytische Membran
zwischen sich einschließen. Jedes
der Trennelemente dient als eine Trennwand zwischen angrenzenden
einzelnen Zellen. Die Brennstoffzelle 30 erzeugt Elektrizität durch
eine elektrochemische Reaktion von der Kathode zugeführter Luft
mit der Anode zugeführtem
Wasserstoffgas durch jeden der in den Trennelementen ausgebildeten
Gasströmungskanälen. Obwohl
nicht dargestellt, ist ein Zirkulationskanal, durch den ein Kühlmedium
(z. B. Kühlwasser)
zirkulieren kann, in der Brennstoffzelle 30 ausgebildet.
Da das Kühlmedium in
dem Zirkulationskanal zirkuliert, wird die Temperatur in der Brennstoffzelle 30 auf
einer geeigneten Temperatur gehalten (z. B. 65 bis 85°C).
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Der Kondensator 32 ist z.
B. als ein elektrischer Doppelschichtkondensator (EDLC) aufgebaut. Ein
Maximalwert der Betriebsspannung des Kondensators 32, der
in dem Elektrofahrzeug 10 der Ausführungsform verwendet wird,
ist höher
als die Spannung zwischen den Polen der Brennstoffzelle 30.
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Der Fahrmotor 36 ist z.
B. als ein bekannter Synchrongenerator-Motor ausgeführt, der
nicht nur als ein Motor, sondern auch als ein Generator funktioniert.
Der Fahrmotor 36 wird entweder als Motor oder als Generator
angetrieben, abhängig
von einer Fahrzeuggeschwindigkeit V und der Stellung des Gaspedals 83 und
des Bremspedals 85, die von einem Fahrer betätigt werden.
Mechanische Bremsen 13, die in der Lage sind eine Bremskraft
durch mechanischen Betrieb einer Scheibenbremse oder ähnlichem
auszuüben,
sind jeweils an den Antriebsrädern 12 angebracht,
die mit dem Fahrmotor über
das Kegelradausgleichsgetriebe 14 verbunden sind.
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Eine elektrische Versorgungsleitung,
die sich von der Brennstoffzelle 30 über den Kondensator 32 erstreckt,
ist mit einem Gleichspannungswandler 54 ausgestattet, der
eine von der Brennstoffzelle 30 und dem Kondensator 32 zugeführte Hochspannung
in eine Niedrigspannung (z. B. 12V) wandelt. Der Gleichspannungswandler 54 versorgt
eine Sekundärbatterie 60,
die eine 12V-Stromquelle darstellt, und eine Hilfsbatterie, die
in ein Fahrzeug eingebaut sind, mit elektrischem Strom. Diese elektrische
Versorgungsleitung ist ebenso mit einer Diode 58 ausgestattet,
die in eine Richtung orientiert ist, dass die Brennstoffzelle 30 den
Kondensator 32 laden kann. Somit fließt selbst dann kein Rückstrom
durch die Brennstoffzelle 30, wenn auf Seiten des Kondensators 32 eine
Hochspannung anliegt.
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Die elektronische Steuereinheit 70 ist
als ein Mikroprozessor aufgebaut, der im Wesentlichen aus einer
CPU 72 besteht. Zusätzlich
zu der CPU 72 enthält
die elektronische Steuereinheit 70 einen Nur-Lese-Speicher
(ROM) 74, in dem Verarbeitungsprogramme und Ähnliches
gespeichert sind, einen Schreib-Lese-Speicher (RAM) 76,
in dem Daten temporär
gespeichert werden, und Eingangs- und Ausgangsanschlüsse (nicht
dargestellt). Eine Stromquellenspannung Vp, die von einem Spannungssensor 52 erhalten
wird, der zwischen dem Kondensator 32 und dem Wechselrichter 34 parallel
dazu eingebaut ist, eine Drehposition, die von einem Drehpositionserfassungssensor 37 zum
Erfassen einer Position eines Rotors des Fahrmotors 36 erhalten
wird, eine Schaltposition, die von dem Schaltpositionssensor 82 zum
Erfassen einer Position eines Schalthebels 81 erhalten
wird, eine Gaspedalstellung AP, die von einem Gaspedalstellungssensor 84 zum
Erfassen einer Stellung des Gaspedals 83, eine Bremsposition BP,
die von einem Bremspedalstellungssensor 56 zum Erfassen
einer Stellung des Bremspedals 85 erhalten wird, eine Fahrzeuggeschwindig keit
V, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 88 zum Erfassen
einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs erhalten wird und Ähnliches
wird in die elektronische Steuereinheit über die Eingangsanschlüsse eingegeben. Ein
Steuersignal für
die mechanischen Bremsen 13, ein Steuersignal für die Umwälzpumpe 26,
ein Steuersignal für
den Luftkompressor 28, ein Schaltsignal für den Wechselrichter 34,
ein Gleichstromleistungsumwandlungssignal für den Gleichstromwandler 54, ein
Signal zum Öffnen
bzw. Schließen
für den
Leistungsschalter 56, ein Umsteuersignal für das Umsteuerventil 50 und Ähnliches
wird von der elektronischen Steuereinheit 70 über die
Ausgangsanschlüsse
ausgegeben.
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Als Nächstes wird beschrieben, wie
das Elektrofahrzeug 10 der Ausführungsform, das wie oben beschrieben
aufgebaut ist, insbesondere beim Bremsen funktioniert. 2 ist ein Flussdiagramm, das
ein Beispiel einer Antriebsregelungsroutine zeigt, das von der elektronischen
Steuereinheit 70 dieser Ausführungsform ausgeführt wird.
Die Routine wird wiederholend mit Intervallen einer vorbestimmten Zeitperiode
durchgeführt
(z. B. 8 ms).
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Wenn die Antriebsregelungsroutine
ausgeführt
wird, führt
zunächst
die CPU 72 der elektronischen Steuereinheit 70 eine
Verarbeitung des Eingebens einer Gaspedalstellung AP, die von dem
Gaspedalstellungssensor 84 erhalten wird, einer Bremsposition
BP, die von dem Bremspedalstellungssensor 86 erhalten wird,
einer Drehzahl Nm des Fahrmotors 36, einer Stromquellenspannung
Vb, die von dem Spannungssensor 52 erhalten wird, einer
Fahrzeuggeschwindigkeit V, die von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 88 erhalten
wird, und Ähnlichem (Schritt
S100). Bei der Ausführungsform
wird die Drehzahl Nm des Fahrmotors 36 als ein Wert eingegeben,
der auf Basis einer Drehposition des Rotors, die von dem Drehpositionserfassungssensor 37 gemäß einer
Drehzahlerfassungsroutine (nicht dar gestellt) erfasst wird. Allerdings
kann die Drehzahl Nm des Fahrmotors 36 ebenso als ein Wert
eingegeben werden, der von der Fahrzeuggeschwindigkeit V durch Umwandlung
erhalten wird, oder als ein Wert, der von einem Sensor erfasst wird,
der eingebaut ist, um direkt eine Drehzahl des Fahrmotors 36 zu
erfassen.
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Dann wird ein benötigtes Drehmoment T*, das von
dem Fahrzeug benötigt
wird, auf Basis der Gaspedalstellung AP, der Bremsposition BP und
der Fahrzeuggeschwindigkeit V eingestellt, die eingelesen wurden
(Schritt S110). Bei der Ausführungsform wird
das benötigte
Drehmoment T* wie folgt eingestellt. Eine Einstellübersicht
für das
benötigte
Drehmoment, bei der eine Beziehung zwischen der Gaspedalstellung
AP, der Bremsposition BP, der Fahrzeuggeschwindigkeit V und dem
benötigten
Drehmoment T* zuvor eingestellt ist, wird in den Nur-Lese-Speicher 74 gespeichert.
Wenn eine Gaspedalstellung AP, eine Bremsposition BP und eine Fahrzeuggeschwindigkeit
V gegeben sind, wird ein benötigtes
Drehmoment T* entsprechend diesen von der Einstellübersicht
für das
benötigte
Drehmoment abgeleitet und dann eingestellt. 3 zeigt ein Beispiel der Einstellübersicht
für das
benötigte
Drehmoment.
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Als Nächstes wird ein von dem Fahrmotor 36 auszugebendes
Drehmoment Tm* (Motordrehmoment) auf Basis der Gaspedalstellung
AP, der Bremsposition BP und der Drehzahl Nm des Motors eingestellt
(Schritt S120). In der Ausführungsform
wir das Motordrehmoment Tm* wie folgt eingestellt. Eine Einstellübersicht
für das
Motordrehmoment, in der eine Beziehung zwischen der Gaspedalstellung
AP, der Bremsposition BP, der Drehzahl Nm und dem Motordrehmoment
Tm* zuvor festgesetzt wird, ist in dem Nur-Lese-Speicher 74 gespeichert.
Wenn die Gaspedalstellung AP, eine Bremsposition BP und eine Drehzahl
Nm gegeben sind, wird ein Motordrehmoment Tm* entsprechend diesen von
der Einstellübersicht
für das
Motordrehmoment abgeleitet und wird dann eingestellt. 4 zeigt ein Beispiel der
Einstellübersicht
für das
Motordrehmoment. Wie aus dem vergleich zwischen 3 und 4 ersichtlich,
wird das Motordrehmoment Tm* als der selbe Wert wie das benötigte Drehmoment
T* eingestellt, wenn ein positives Drehmoment eingestellt wird,
wohingegen das Motordrehmoment Tm* als ein Wert eingestellt wird,
dessen Absolutwert kleiner ist als das benötigte Drehmoment T*, wenn ein
negatives Drehmoment eingestellt wird. Das liegt darin begründet, dass,
während
der Fahrmotor 36 die einzige Energiequelle ist, die eine
positive Beschleunigung auf das Fahrzeug ausübt, die mechanischen Bremsen 13 wie
auch der Fahrmotor 36 als Energiequellen dienen, die eine
negative Beschleunigung auf das Fahrzeug ausüben. Das heißt, das
Motordrehmoment Tm*, das gleich einem positiven erforderlichen Drehmoment
T* ist, wird von dem Fahrmotor 36 ausgegeben, wenn das
Fahrzeug mit positiver Beschleunigung angetrieben wird, wohingegen
sowohl eine Bremskraft, die von dem Fahrmotor 36 erzeugt
wird, und Bremskräfte,
die von den mechanischen Bremsen 13 erzeugt werden, verwendet
werden, wenn das Fahrzeug mit einer negativen Beschleunigung angetrieben
wird, d.h., wenn das Fahrzeug abgebremst wird. Ein auf die mechanischen
Bremsen 13 ausgeübtes
Drehmoment wird später
beschrieben.
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Wenn das Motordrehmoment Tm* somit
eingestellt ist, wird bestimmt, ob das Motordrehmoment Tm*, das
so eingestellt ist, negativ ist (Schritt S130). Das ist äquivalent
zu einer Verarbeitung zum Bestimmen, ob eine positive oder eine
negative Beschleunigung (eine Bremskraft) auf das Fahrzeug ausgeübt wird.
Wie oben beschrieben kann, da sowohl Fahrmotor 36 als auch
mechanische Bremsen 13 verwendet werden, wenn eine Bremskraft
auf das Fahrzeug ausgeübt
wird, die Verarbeitung zum Entscheiden, ob das Motordrehmoment Tm*
negativ ist, ebenso als eine Ver arbeitung zum Entscheiden, ob Fahrmotor 36 und
mechanische Bremsen 13 verwendet werden müssen, erachtet
werden. Wenn das Motordrehmoment Tm* nicht negativ ist, wird ein
Drehmoment (Bremsdrehmoment) Tb*, das auf die mechanischen Bremsen 13 ausgeübt werden
muss, auf Null eingestellt (Schritt S140), um zu verhindern, dass
die mechanischen Bremsen 13 betätigt werden. Dann werden der
Fahrmotor 36 und die mechanischen Bremsen geregelt (Schritt
S190) und die vorliegende Routine wird beendet. Genauer gesagt wird
der Fahrmotor 36 durch Umwandeln der Gleichstromleistung
der Stromquellenspannung Vb von der Brennstoffzelle 30 und
dem Kondensator 32 in eine Pseudo-Dreiphasenwechselstromleistung durch
Schaltregelung des Wechselrichters 34 geregelt, so dass
das eingestellte Motordrehmoment Tm* von dem Fahrmotor 36 ausgegeben
wird und durch Anlegen der Pseudo-Dreiphasenwechselstromleistung
an den Fahrmotor 36. Die mechanischen Bremsen 13 werden
durch Aufheben des Betriebs der Bremsen geregelt.
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Wenn andererseits das Motordrehmoment Tm*
negativ ist, wird das Bremsdrehmoment Tb* als ein Wert eingestellt,
der durch Subtrahieren des Motordrehmoments Tm* von dem benötigten Drehmoment
T* erhalten wird (Schritt S150) und es wird bestimmt, ob die Stromquellenspannung
Vb innerhalb eines Bereiches von einem Schwellenwert Vr1 bis zu einer
Spannung zwischen den Polen VOCV der Brennstoffzelle 30 ist
(Schritt S160). Wenn die Stromquellenspannung Vp innerhalb dieses
Bereiches ist, wird ein neues Motordrehmoment Tm* als ein Wert eingestellt,
der durch Subtrahieren eines Einstellwertes ΔT von dem eingestellten Motordrehmoment
Tm* erhalten wird (Schritt S170), und das Bremsdrehmoment Tb* wird
als ein Wert zurückgesetzt,
der durch Subtrahieren des erneut eingestellten Motordrehmoments
Tm* von dem benötigten
Drehmoment T* erhalten wird (Schritt S180). Dann werden der Fahrmotor 36 und
die mechanischen Bremsen 13 geregelt (Schritt S190) und
die vorliegende Routine wird beendet. Das Motordrehmoment Tm* wird
dann zurückgesetzt,
wenn die Stromquellenspannung Vp innerhalb des Bereiches von dem
Schwellenwert Vr1 bis zu der Spannung zwischen den Polen VOCV ist,
mit dem Ziel die durch den Fahrmotor 36 erzeugte Rückgewinnungsenergie
zu erhöhen
und schnell die Stromquellenspannung Vp auf über die Spannung zwischen den
Polen VOCV anzuheben. Der Grund dafür wird weiter unten beschrieben.
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5 zeigt
ein Beispiel einer Strom-Spannungs-Kennlinie (IU-Kennlinie) der Brennstoffzelle 30.
In 5 stellt Vmax einen
Maximalwert einer Betriebsspannung des Kondensators 32 dar,
und zwar eine Spannung des Kondensators 32, der vollständig geladen
ist. Die Spannung Vr2 wird später
beschrieben. Da die Brennstoffzelle 30 der Ausführungsform als
eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle ausgeführt ist, ist der Wirkungsgrad
davon in einem Bereich um die Spannung zwischen den Polen VOCV niedriger als
in anderen Bereichen, wie das bei Polymerelektrolytbrennstoffzellen
im Allgemeinen der Fall ist. Somit wird die Rückgewinnungsenergie, die von
dem Fahrmotor 36 erzeugt wird, erhöht, um den Kondensator 32 schnell
zu laden und dadurch den Bereich niedrigen Wirkungsgrads schnell
zu durchschreiten. Die Brennstoffzelle 30 wird nicht in
dem Bereich niedrigen Wirkungsgrads betrieben. Im Stand der Technik trennt
daher der Leistungsschalter 56 die Brennstoffzelle 30,
wenn die Stromquellenspannung Vp innerhalb des Bereiches mit niedrigem
Wirkungsgrad ist. Wie zuvor erwähnt,
wird im Stand der Technik allerdings der Leistungsschalter 56 jedes
Mal dann ausgeschaltet, wenn der Fahrer auf das Bremspedal 85 tritt.
Daher wird der Leistungsschalter 56 öfter betätigt und fällt daher auch öfter aus.
Wenn die Stromquellenspannung Vp unterhalb des Schwellenwerts Vr1
fällt wird
auf Grund der Leistungslaufregelung des Fahrmotors 30,
die im Anspre chen auf das Niederdrücken des Gaspedals 83 durchgeführt wird,
die Brennstoffzelle 30, die von dem Leistungsschalter 56 getrennt
wurde, wieder verbunden. Daher fließt in manchen Fällen ein überaus großer Stromstoß von der
Brennstoffzelle 30 zu dem Kondensator 32, obwohl
die Stromquellenspannung Vp zu dem Zeitpunkt, wenn die Brennstoffzelle 30 verbunden
wird, mehr oder weniger relevant für das Auftreten eines solchen
Stromstoßes
ist. In solchen Fällen
fließt
ein großer
Strom durch den Leistungsschalter 56 und eine Störung wie
z. B. das Hängen
bleiben des Leistungsschalters 36 oder Ähnliches wird ebenso verursacht.
Um solche Störungen
zu verhindern, ist die Ausführungsform
so ausgelegt, dass der Leistungsschalter 56 die Brennstoffzelle 30 nicht
trennt, selbst in dem Bereich des niedrigen Wirkungsgrades, in dem
die Stromquellenspannung Vp innerhalb des Bereiches von der Schwellenspannung
Vr1 bis zu der Spannung zwischen den Polen VOCV ist. Anstatt dessen
wird die Rückgewinnungsenergie,
die von dem Fahrmotor 36 erzeugt wird, erhöht, um den
Bereich des niedrigen Wirkungsgrads in kurzer Zeit zu durchlaufen.
Wie oben beschrieben, wird die Antriebsregelungsroutine, wie in 2 gezeigt, ebenso verwendet,
wenn das Motordrehmoment Tm* positiv ist, und zwar, wenn die Leistungslaufregelung
des Fahrmotors 36 durchgeführt wird. In der Ausführungsform
trennt daher der Leistungsschalter 56 nicht die Brennstoffzelle 30,
unabhängig
von der Regelung des Fahrmotors 36 oder der Stromquellenspannung
Vp. Somit wird, obwohl ein Stromstoß erzeugt werden kann und in
den Kondensator 32 als Folge der Verbindung der Brennstoffzelle
30 im Stand der Technik fließen
kann, kein solcher Stromstoß in
der Ausführungsform
erzeugt. Dem entsprechend dient die oben beschriebene Verarbeitung
der Ausführungsform
dazu eine Störung
wie das Hängen bleiben
des Leistungsschalters 56 oder Ähnliches zu verhindern, das
durch den Durchfluss eines unerwartet hohen Stroms zwischen der
Brennstoffzelle 30 und dem Kondensator 32 ver ursacht
wird, und um einen hohen Wirkungsgrad der Brennstoffzelle 30 aufrecht
zu erhalten. Wenn die Stromquellenspannung Vp auf über die
Spannung zwischen den Polen VOCV ansteigt, wird die Stromquellenspannung
Vp an die Seite des Leistungsschalters 56 angelegt (die Seite
der Brennstoffzelle 30). Da allerdings die Diode 58 in
dem Elektrofahrzeug 10 der Ausführungsform eingebaut ist, wird
die Stromquellenspannung Vp, die an die Seite der Brennstoffzelle 30 angelegt
wird, niemals höher
als die Spannung zwischen den Polen VOCV.
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Falls bei der Verarbeitung von Schritt
S160 bestimmt wird, dass die Stromquellenspannung Vp nicht innerhalb
des Bereichs von dem Schwellenwert Vr1 bis zu der Spannung zwischen
den Polen VOCV ist, besteht kein Bedarf die Verarbeitung zum Erhöhen der
Rückgewinnungsenergie
zu erhöhen,
die von dem Fahrmotor 36 erzeugt wird. Somit werden der
Fahrmotor 36 und die mechanischen Bremsen 13 so
geregelt, dass das Motordrehmoment Tm*, das in Schritt S120 eingestellt
wird, und das Bremsdrehmoment Tb*, das in Schritt S150 eingestellt
wird, jeweils von dem Fahrmotor 36 und den mechanischen
Bremsen 13 ausgegeben wird (in Schritt S190), und die vorliegende
Routine wird beendet. Die mechanischen Bremsen 13 werden
so geregelt, dass das eingestellte Bremsdrehmoment Tb* darauf ausgeübt wird,
z.B. durch Einstellen einer auf die Bremsklötze der Scheibenbremse auszuübenden Kraft.
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Gemäß dem Elektrofahrzeug 10 der
Ausführungsform,
wie sie bis hierher beschrieben wurde, trennt der Leistungsschalter 56 die
Brennstoffzelle 30 nicht unabhängig von der Regelung des Fahrmotors 36 oder
der Stromquellenspannung Vp ab. Daher kann durch Verringerung der
Frequenz, mit der der Leistungsschalter 56 betrieben wird,
die Frequenz, mit der der Leistungsschalter 56 ausfällt, verringert werden,
und Schwierigkeiten, die dadurch verursacht werden können, wenn
die Brennstoffzelle 30 angeschlossen ist, z.B. Hängen bleiben
des Leistungsschalters 56 oder ähnliches, können verhindert werden. Daneben
wird, da die Diode 58 in einer Weise orientiert ist, dass
die Brennstoffzelle 30 den Kondensator 32 laden
kann, die an die Seite der Brennstoffzelle 30 angelegte
Stromquellenspannung Vp nicht höher
werden als die Spannung zwischen den Polen VOCV der Brennstoffzelle.
Wenn die Brennstoffzelle in dem Bereich mit niedrigem Wirkungsgrad
ist, in dem die Stromquellenspannung Vp innerhalb des Bereichs von
dem Schwellenwert Vr1 bis zu der Spannung zwischen den Polen VOCV
ist, wird die Rückgewinnungsenergie,
die von dem Fahrmotor 36 erzeugt wird, erhöht, und
das Laden des Kondensators 32 wird unterstützt, um
den Bereich niedrigen Wirkungsgrads in kurzer Zeit zu durchschreiten. Demzufolge
kann ein hoher Wirkungsgrad der Brennstoffzelle beibehalten werden.
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Bei dem Elektrofahrzeug der Ausführungsform
ist der Kondensator 32 parallel zu der Brennstoffzelle 30 an
die elektrische Versorgungsleitung angeschlossen. Allerdings kann
eine Vielzahl von Kondensatoren parallel angeschlossen werden und diese
können
nacheinander während
der Rückgewinnungsphase
des Fahrmotors 36 geladen werden. Dieser Fall wird nachstehend
unter Bezug auf ein Elektrofahrzeug 100B entsprechend einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. Das Elektrofahrzeug 10B der
zweiten Ausführungsform ist
im Aufbau identisch mit dem Elektrofahrzeug 10 der ersten
Ausführungsform
mit Ausnahme des Kondensators 32. Dementsprechend wären Beschreibungsteile,
die für
den entsprechenden Kondensator 32 nicht relevant sind,
redundant. Aus diesem Grund werden alle anderen Teile nicht beschrieben
oder in den Zeichnungen gezeigt. In der folgenden Beschreibung des
Elektrofahrzeugs 10B der zweiten Ausführungsform werden die selben
Bezugszeichen wie bei dem Elektrofahrzeug 10 der ersten
Ausführungsform verwendet.
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6 ist
ein Blockdiagramm, das den Gesamtaufbau einer Kondensatoreinheit 32B zeigt,
das in dem Elektrofahrzeug 10B der zweiten Ausführungsform
vorgesehen ist. Die Kondensatoreinheit 32B entspricht dem
Kondensator 32 der ersten Ausführungsform. Wie in 6 gezeigt, ist die Kondensatoreinheit 32B der
zweiten Ausführungsform
so aufgebaut, dass zwei identische Kondensatoren (ein erster Kondensator 132 und
ein zweiter Kondensator 134) parallel geschaltet sind und
dass ein Schaltelement 135 mit dem zweiten Kondensator 134 in
Serie geschaltet ist. Die Summe der Kapazitäten des ersten und des zweiten
Kondensators 132 und 134 ist gleich der Kapazität des Kondensators 32 der
ersten Ausführungsform.
Das Schaltelement 135 ist an den Ausgangsanschluss der
elektronischen Steuereinheit 70 über eine Signalleitung angeschlossen.
Die elektronische Steuereinheit 70 führt eine Zweipunktregelung
des Schaltelements 135 durch.
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Als nächstes wird beschrieben werden,
wie das Elektrofahrzeug 10B der zweiten Ausführungsform,
das wie oben beschrieben aufgebaut ist, insbesondere beim Bremsen
funktioniert. 7 ist
ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Antriebsregelungsroutine
zeigt, die von der elektronischen Steuereinheit 70 der
zweiten Ausführungsform
ausgeführt wird.
Diese Antriebsregelungsroutine wird durch Entfernen der Verarbeitung
S160 bis S180 von der in 2 gezeigten
Antriebsregelungsroutine erhalten. D.h. unabhängig vom Wert der Stromquellenspannung
Vp werden der Fahrmotor 36 und die mechanischen Bremsen 13 so
geregelt, dass ein Motordrehmoment Tm* und ein Bremsdrehmoment Tb*,
die auf Basis der Gaspedalstellung AP, einer Bremsposition BP, einer
Fahrzeuggeschwindigkeit V und einer Motordrehzahl Nm eingestellt
werden, jeweils von dem Fahrmotor 36 und den mechanischen
Bremsen 13 ausgegeben werden. Auch bei dem Elektrofahrzeug 10 der
zweiten Ausführungsform
trennt der Leistungsschalter 56 die Brennstoffzelle 30 nicht
unabhängig
von der Regelung des Fahrmotors oder der Stromquellenspannung Vp.
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Bei dem Elektrofahrzeug 10 der
zweiten Ausführungsform
wird eine Ladungsmanagementroutine, wie sie beispielsweise in 8 gezeigt ist, zusätzlich zu
der zuvor erwähnten
Antriebsregelungsroutine ausgeführt.
Die Ladungsmanagementroutine wird ausgeführt, wenn das Motordrehmoment
Tm* negativ ist, nämlich
wenn die Rückgewinnungsregelung des
Fahrmotors 36 durchgeführt
wird. Wenn die Ladungsmanagementroutine ausgeführt wird, liest die CPU 72 der
elektronischen Steuereinheit 70 zunächst eine Stromquellenspannung
Vp, die von dem Spannungssensor 52 erhalten wird (Schritt
S300) und führt
eine Verarbeitung des Vergleichens der gemessenen Stromquellenspannung
Vp mit einer Spannung zwischen den Polen VOCV (Schritt S310) aus.
Wenn die Stromquellenspannung Vp niedriger ist als die Spannung
zwischen den Polen VOCV, wird das Schaltelement 135 ausgeschaltet
(Schritt S320).
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Dann wird entschieden, ob die Stromquellenspannung
Vp größer gleich
einem Schwellenwert Vr2 ist oder nicht (Schritt S330). Wenn die
Stromquellenspannung Vp größer gleich
dem Schwellenwert Vr2 ist, wird das Schaltelement 135 eingeschaltet
(Schritt S340) und die aktuelle Routine wird beendet. Der Schwellenwert
Vr2 wird so eingestellt, dass er höher als die Spannung zwischen
den Polen VOCV ist und etwas niedriger als die maximale Betriebsspannung Vmax
der Kondensatoreinheit 32B. Die Spannung Vr2, die in 5 gezeigt ist, ist gleich
dem Schwellenwert Vr2.
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Somit wird die Ladungsmanagementroutine durch
Ausschalten des Schaltelements 135 beendet, wenn die Strom quellenspannung
Vp niedriger als die Spannung zwischen den Polen VOCV ist, und durch Einschalten
des Schaltelements 135, wenn die Stromquellenspannung Vp
größer gleich
dem Schwellenwert Vr2 ist. D.h., während der Rückgewinnungsphase des Fahrmotors 36 wird
das Schaltelement 135 zunächst ausgeschaltet, so dass
nur der erste Kondensator 132 geladen wird. Wenn der Kondensator 132 fast
vollständig
geladen ist, wird das Schaltelement 135 eingeschaltet,
so dass der zweite Kondensator 134 geladen wird. Dementsprechend wird
bei dem Elektrofahrzeug 10B der zweiten Ausführungsform,
nachdem der erste Kondensator 132, dessen Kapazität halb so
groß wie
die Kapazität
des Kondensators 132 des Elektrofahrzeugs 10 der
ersten Ausführungsform
ist, geladen wurde, der zweite Kondensator 134 geladen.
Daher wird der erste Kondensator 132 rasch geladen. Demzufolge
kann der Bereich, in dem die Brennstoffzelle 30 einen niedrigen
Wirkungsgrad zeigt, und zwar der Bereich, in dem die Stromquellenspannung
Vp innerhalb des Bereichs von dem Schwellenwert Vr1 bis zu der Spannung
zwischen den Polen VOCV ist, in kurzer Zeit durchschritten werden.
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Gemäß dem bis hierher beschriebenen
Elektrofahrzeug 10B der zweiten Ausführungsform wird eine Zweipunktregelung
des Schaltelements 135 für den ersten und den zweiten
Kondensator 132 und 134 durchgeführt, die
parallel geschaltet sind, so dass nur der erste Kondensator 132 während der Rückgewinnungsphase
das Fahrmotors 36 geladen wird, und dass der zweite Kondensator 134 geladen wird,
nachdem der erste Kondensator 132 annähernd vollständig geladen
wurde. Daher kann der Bereich, in dem die Brennstoffzelle einen
niedrigen Wirkungsgrad aufweist, nämlich der Bereich, in dem die Stromquellenspannung
Vp innerhalb des Bereichs von dem Schwellenwert Vr1 bis zu der Spannung zwischen
den Polen VOCV ist, in kurzer Zeit durchschritten werden. Demzufolge
kann ein hoher Wirkungsgrad der Brennstoffzelle 30 aufrecht
erhalten werden. Zunächst
trennt auch bei dem Elektrofahrzeug 10B der zweiten Ausführungsform
der Leistungsschalter 56 die Brennstoffzelle nicht ungeachtet der
Regelung des Fahrmotors 36 oder der Stromquellenspannung
Vp. Daher kann durch Verringerung der Frequenz, mit der der Leistungsschalter 56 betrieben
wird, die Frequenz, mit der der Leistungsschalter 56 ausfällt, verringert
werden und Schwierigkeiten, die verursacht werden können, wenn
die Brennstoffzelle 30 angeschlossen ist, z.B. Hängen bleiben
des Leistungsschalters 56 oder ähnliches, können verhindert werden. Daneben
wird, weil die Diode 58 in eine Richtung orientiert ist,
dass die Brennstoffzelle 30 den Kondensator 32 laden
kann, die Stromquellenspannung Vp, die an die Seite der Brennstoffzelle 30 angelegt
ist, nicht höher
als die Spannung zwischen den Polen VOCV der Brennstoffzelle 30.
Bei dem Elektrofahrzeug 10B der zweiten Ausführungsform
sind die zwei Kondensatoren mit der gleichen Kapazität parallel
geschaltet. Stattdessen können
allerdings auch zwei Kondensatoren mit verschiedenen Kapazitäten parallel
geschaltet werden. Die Anzahl der Kondensatoren, die parallel geschaltet
sind, ist nicht auf zwei begrenzt. D.h., drei oder noch mehr Kondensatoren
können
parallel geschaltet werden.
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Bei dem Elektrofahrzeug 10 der
ersten Ausführungsform
und dem Elektrofahrzeug 10B der zweiten Ausführungsform
wird eine Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle, die Elektrizität durch
von dem Hochdruckwasserstofftank 22 zugeführten Wasserstoff
erzeugt, als die Brennstoffzelle 30 eingebaut. Allerdings
kann stattdessen eine Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle, die
mit einem Reformer, der Kohlenwasserstoffbrennstoff in ein kohlenwasserstoffreiches
Brenngas umwandelt, und der die Brennstoffzelle 30 mit
dem kohlenwasserstoffreichen Brenngas versorgt, eingebaut werden.
Es ist auch möglich,
eine Brennstoff zelle einzubauen, die keine Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle
ist.
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Bei dem Elektrofahrzeug 10 der
ersten Ausführungsform
und dem Elektrofahrzeug 10B der zweiten Ausführungsform
wird ein einziger Fahrmotor 36 verwendet. Natürlich können das
Elektrofahrzeug 10 und das Elektrofahrzeug 10B ebenso
so aufgebaut sein, dass zwei Radmotoren, die in den Antriebsrädern 12 eingebaut
sind, verwendet werden, oder dass verschiedene Motoren jeweils an
verschiedenen Achsen angebracht sind, und zwar einer Vorderradachse
und einer Hinterradachse.
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Die Ausführungsformen wurden unter der Annahme
beschrieben, dass die Antriebseinheit der Erfindung in ein Elektrofahrzeug
eingebaut ist. Allerdings kann die Antriebseinheit, die oben beschrieben wurde,
nicht nur in ein Fahrzeug, sondern auch in irgend ein sich bewegendes
Objekt, wie z.B. eine Lokomotive, ein Schiff, ein Flugzeug oder ähnlichem, eingebaut
werden. Die Antriebseinheit kann ebenso in eine andere Einrichtung
als ein sich bewegendes Objekt eingebaut werden. Z.B. kann die Antriebseinheit
verwendet werden, um ein Baugerät
anzutreiben.
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Obwohl die Arten der Umsetzung der
Erfindung mit Bezug auf die Ausführungsformen
davon beschrieben wurden, ist völlig
offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen
begrenzt ist, sondern auf verschiedene Weisen umgesetzt werden kann,
ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.