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Die
Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug und ein Funktions-Festlegungsverfahren
hierfür.
Genauer gesagt, die Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug mit einer
Brennstoffzelle und einem Kondensator, welche parallel mit einem
Antriebsschaltkreis eines Elektromotors verbunden sind, der Energie
an eine Antriebswelle ausgibt. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren
zur Funktions- bzw. Leistungsfestlegung der Brennstoffzelle und
der Funktion bzw. Leistung des Kondensators, welche in dem Elektrofahrzeug angeordnet
sind, welches durch Zufuhr von elektrischer Energie von der Brennstoffzelle
und dem Kondensator zum Antriebsschaltkreis des Elektromotors fährt, der
Leistung an eine Antriebswelle ausgeben kann, ohne daß eine Spannungswandlung
stattfindet.
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Ein
Elektrofahrzeug, das unter Verwendung der Ausgänge von einer Brennstoffzelle
und einem Kondensator fährt,
ist beispielsweise in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung
Nr. 08-33120 beschrieben. Hier wird betrachtet, daß es bei
einem Elektrofahrzeug möglich
ist, den Ausgang von dem Kondensator zu erhalten, selbst wenn das Fahrzeug
fortlaufend unter hoher Last betrieben wird, in dem eine Steuerung
derart durchgeführt
wird, daß ein
Ausgang von der Brennstoffzelle anwächst und der Ausgang vom Kondensator
abfällt,
und zwar bei einem bestimmten Beschleunigungs-Fortlaufzustand, wo
eine Beschleunigung gleich oder höher als ein bestimmter Wert über eine
bestimmte Zeit hinweg oder länger
stattfindet.
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In
einem derartigen Elektrofahrzeug besteht jedoch die Möglichkeit,
daß eine
Brennstoffzelle oder ein Kondensator mit ungeeigneter Funktion oder (Ausgangs)-Lei stung
verwendet wird. Wie oben erwähnt,
wird bei dem bestimmten Beschleunigungs-Fortdauerzustand eine Steuerung
zum Anheben des Ausgangs von der Brennstoffzelle und zum Absenken
des Ausgangs vom Kondensator durchgeführt. Wenn daher dieser Zustand
fortdauert, wird der gesamte benötigte
Ausgang in diesem Zustand schließlich vom Ausgang der Brennstoffzelle
geliefert, ungeachtet der Kapazität des Kondensators. Infolgedessen
wird eine Brennstoffzelle verwendet, welche den Ausgang erzeugen
kann, der notwendig ist, die bestimmte Beschleunigungsfortdauer
aufrecht zu erhalten. Im Ergebnis wird eine Brennstoffzelle von überhoher
Leistung verwendet, was hinsichtlich der Energieeffizienz nicht
vorteilhaft ist.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektrofahrzeug bereitzustellen,
bei welchem eine Brennstoffzelle und ein Kondensator verwendet werden,
welche geeignet für
dynamische Eigenschaften sind, welche benötigt werden und/oder die hinsichtlich
der Energieeffizienz für
das Fahrzeug geeignet sind. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung,
ein Verfahren zur Funktions-Festlegung einer Brennstoffzelle und
zur Funktionsfestlegung eines Kondensators zu schaffen, welche geeignet
sind für die
benötigten
dynamischen Eigenschaften und/oder geeignet sind hinsichtlich der
Energieeffizienz für
das Fahrzeug, und zwar in einem Elektrofahrzeug, in welchem die
Brennstoffzelle und der Kondensator eingebaut sind.
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Bei
einem Elektrofahrzeug und einem Funktions-Festlegungsverfahren hierfür gemäß der Erfindung
werden die folgenden Maßnahmen
angewendet, um zumindest einen Teil der oben genannten Aufgaben
zu lösen.
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Ein
Elektrofahrzeug gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Brennstoffzelle
und einen Kondensator, welche parallel mit einem An triebsschaltkreis
eines Elektromotors verbunden sind, der Leistung an eine Antriebswelle
ausgibt. Der maximale Ausgang der Brennstoffzelle und die Kapazität des Kondensators
werden so gesetzt, daß ein
erster Fahrzustand zum Erhalt einer bestimmten hohen Fahrzeuggeschwindigkeit
durch wiederholtes Starten des Fahrzeugs mit der maximalen Beschleunigung,
die für
das Fahrzeug notwendig ist und ein zweiter Fahrzustand zum wiederholten Ändern der
Fahrzeuggeschwindigkeit von einer ersten mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit
zu einer zweiten mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit bei der maximalen
für das
Fahrzeug notwendigen Beschleunigung erfüllt sind. Gemäß dem ersten
Aspekt ist es, da der maximale Ausgang der Brennstoffzelle und die Kapazität des Kondensators
so gesetzt sind, daß die oben
genannte erste Fahrbedingung oder der Fahrzustand und die zweite
Fahrbedingung erfüllt
sind, es möglich,
die Brennstoffzelle und den Kondensator zu verwenden, welche beide
eine Leistung oder Funktion haben, welche für die dynamischen Eigenschaften
geeignet ist, die für
das Fahrzeug notwendig sind. Im Ergebnis werden eine Brennstoffzelle
und ein Kondensator mit überhoher
Leistung nicht verwendet. Somit ist es möglich, die Energieeffizienz
des Fahrzeuges zu verbessern.
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Beim
ersten Aspekt kann die Kapazität
des Kondensators so gesetzt werden, daß sie über der Minimalkapazität innerhalb
eines bestimmten Bereiches ist, der den ersten Fahrzustand erfüllt und
den zweiten Fahrzustand erfüllt,
wenn die Brennstoffzelle in dem Bereich hoch bis zum maximalen Ausgang betrieben
wird, der in der Brennstoffzelle gesetzt ist. Somit ist es möglich, den
Kondensator zu verwenden, dessen Funktion für die dynamischen Eigenschaften
geeignet ist, die für
das Fahrzeug abhängig von
der Funktion der Brennstoffzelle notwendig sind.
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Beim
ersten Aspekt kann der maximale Ausgang der Brennstoffzelle innerhalb
eines bestimmten Bereiches über
dem minimalen Ausgang gesetzt werden, der den ersten Fahrzustand
und den zweiten Fahrzustand erfüllt,
wenn der Kondensator in dem Bereich der Kapazität betrieben wird, der in dem
Kondensator gesetzt ist. Somit ist es möglich. einen Kondensator zu
verwenden, dessen Funktion bzw. Leistung für die dynamischen Eigenschaften
geignet ist, die für
das Fahrzeug nötig
sind.
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Beim
ersten Aspekt kann der maximale Ausgang der Brennstoffzelle und
kann die Kapazität
des Kondensators so gesetzt werden, daß sie in einem bestimmten Bereich
liegen, der einen Punkt enthält, bei
dem die Minimalbeziehung zwischen dem maximalen Ausgang der Brennstoffzelle
und der Kapazität des
Kondensators zur Erfüllung
der ersten Fahrbedingung eine minimale Beziehung zwischen dem maximalen
Ausgang der Brennstoffzelle und der Kapazität des Kondensators, notwendig
zur Erfüllung
der zweiten Fahrbedingung einander überlappen. Somit ist es möglich, die
Brennstoffzelle und den Kondensator zu verwenden, deren beide Funktionen
nahe dem Minimalwert bei der Funktion geeignet für die dynamischen Eigenschaften
sind, die für
das Fahrzeug notwendig sind. Im Ergebnis ist es möglich, die Energieeffizienz
des Fahrzeuges weiter zu verbessern.
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Beim
ersten Aspekt kann der maximale Ausgang der Brennstoffzelle und
kann die Kapazität
des Kondensators so gesetzt werden, daß die Kosten für die Brennstoffzelle
und für
den Kondensator im wesentlichen auf einem Minimum sind. Somit ist
es möglich,
die Herstellungskosten für
das Elektrofahrzeug zu verringern.
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Beim
ersten Aspekt können,
wenn das Fahrzeuggewicht annähernd
2t beträgt,
die Brennstoffzelle und der Konden sator bei einer Spannung von 240 bis
500V verwendet werden, der maximale Ausgang der Brennstoffzelle
kann auf einen Wert nahe 95kW gesetzt werden und die Kapazität des Kondensators kann
auf einen Wert nahe 7F gesetzt werden. In diesem Fall kann der maximale
Ausgang des Elektromotors nahe 85kW gesetzt werden.
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Beim
ersten Aspekt kann der maximale Ausgang des Elektromotors auf einen
Wert im wesentlichen gleich der Summe des maximalen Ausgangs der
Brennstoffzelle und des maximalen Ausgangs vom Kondensator bei der
Betriebsspannung der Brennstoffzelle gesetzt werden, welche so betrieben wird,
daß sie
den maximalen Ausgang erzeugt. Somit ist es möglich, den Kondensator zu verwenden,
dessen Funktion geeignet für
die dynamischen Eigenschaften ist, die für das Fahrzeug notwendig sind.
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Bei
dem Funktions-Festlegungsverfahren gemäß einem zweiten Aspekt der
Erfindung werden die Funktionen einer Brennstoffzelle und eines
Kondensators, welche in einem Elektrofahrzeug anordenbar sind, welches
durch Zufuhr von elektrischer Leistung von der Brennstoffzelle und
dem Kondensator an einen Antriebsschaltkreis eines Elektromotors fährt, der
eine Antriebsleistung an eine Abtriebswelle ohne Spannungswandlung
ausgibt, gesetzt. Der maximale Ausgang der Brennstoffzelle und die
Kapazität
des Kondensators werden so gesetzt, daß eine erste Fahrbedingung
zum Erhalt einer bestimmten hohen Fahrzeuggeschwindigkeit durch
wiederholtes Starten des Fahrzeugs bei der maximalen Beschleunigung,
die für
das Fahrzeug notwendig ist und eine zweite Fahrbedingung zum wiederholten Ändern einer
Fahrzeuggeschwindigkeit von einer ersten mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit
zu einer zweiten mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit bei der maximalen
für das
Fahrzeug notwendigen Beschleunigung erfüllt sind.
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Bei
dem zweiten Aspekt wird der maximale Ausgang der Brennstoffzelle
und die Kapazität
des Kondensators, welche in dem Fahrzeug anzuordnen sind, so gesetzt,
daß die
erste Fahrbedingung und die zweite Fahrbedingung erfüllt sind.
Daher ist es möglich,
die Funktion der Brennstoffzelle und die Funktion des Kondensators
zu setzen, welche für
die dynamischen Eigenschaften geeignet sind, die für das Fahrzeug
notwendig sind. Durch Anordnen der Brennstoffzelle und des Kondensators,
deren beide Funktionen so gesetzt sind in dem Elektrofahrzeug, ist
es möglich,
die Energieeffizienz des Fahrzeugs zu verbessern.
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Beim
zweiten Aspekt kann die Kapazität
des Kondensators so gesetzt werden, daß sie innerhalb eines bestimmten
Bereiches über
der Minimalkapazität
liegt, welche die erste Fahrbedingung erfüllt und die zweite Fahrbedingung
erfüllt,
wenn die Brennstoffzelle in einem Bereich hoch bis zum maximalen Ausgang
betrieben wird, der in der Brennstoffzelle gesetzt ist. Somit ist
es möglich,
die Funktion des Kondensators zu setzen, welche geeignet für die dynamischen
Eigenschaften ist, die für
das Fahrzeug abhängig
von der Funktion der Brennstoffzelle notwendig sind. Im zweiten
Aspekt kann der maximale Ausgang der Brennstoffzelle so gesetzt
werden, daß er
innerhalb eines bestimmten Bereiches über dem minimalen Ausgang liegt,
der die erste Fahrbedingung erfüllt
und die zweite Fahrbedingung erfüllt, wenn
der Kondensator im Bereich der Kapazität betrieben wird, welche in
dem Kondensator gesetzt ist. Somit ist es möglich, die Funktion der Brennstoffzelle zu
setzen, welche geeignet ist für
die dynamischen Eigenschaften, die für das Fahrzeug benötigt werden,
und zwar abhängig
von der Funktion oder Leistung des Kondensators.
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Beim
zweiten Aspekt können
der maximale Ausgang der Brennstoffzelle und die Kapazität des Kondensators
so ge setzt werden, daß sie
innerhalb eines bestimmten Bereiches liegen, der einen Punkt beinhaltet,
bei dem eine minimale Beziehung zwischen dem maximalen Ausgang der
Brennstoffzelle und der Kapazität
des Kondensators, notwendig zum Erfüllen der ersten Fahrbedingung
und eine Minimalbeziehung zwischen dem maximalen Ausgang der Brennstoffzelle
und der Kapazität
des Kondensators, notwendig zum Erfüllen der zweiten Fahrbedingung, einander überlappen.
Somit ist es möglich,
die Funktion der Brennstoffzelle und die Funktion des Kondensators
so zu setzen, daß sie
nahe dem Minimalwert aus der Funktion der Brennstoffzelle und der Funktion
des Kondensators liegen, welche geeignet sind für die dynamischen Eigenschaften,
die für
das Fahrzeug notwendig sind. Durch Einbau der Brennstoffzelle und
des Kondensators, deren beide Funktionen derart gesetzt sind, in
das Elektrofahrzeug, ist es möglich,
die Energieeffizienz des Fahrzeuges weiter zu verbessern.
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Im
zweiten Aspekt kann der maximale Ausgang der Brennstoffzelle und
kann die Kapazität
des Kondensators so gesetzt werden, daß die Kosten für die Brennstoffzelle
und den Kondensator im Wesentlichen auf einem Minimum sind. Somit
ist es möglich, die
Funktion der Brennstoffzelle und die Funktion des Kondensators auf
eine Funktion zu setzen, deren Kosten aus Funktion der Brennstoffzelle
und Funktion des Kondensators, geeignet für die dynamischen Eigenschaften,
die für
das Fahrzeug notwendig sind, niedrig sind. Im Ergebnis ist es möglich, die
Herstellungskosten für
das Elektrofahrzeug zu verringern.
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Weitere
Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die
Zeichnung.
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Es
zeigt:
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1 schematisch den Aufbau
eines Elektrofahrzeuges gemäß einer
Ausführungsform;
und
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2 eine graphische Darstellung
eines Beispiels einer Beziehung aus Maximalausgang einer Brennstoffzelle,
Kapazität
eines Kondensators, dynamische Eigenschaften des Fahrzeuges und Kosten
in dem Elektrofahrzeug, dessen Gesamtgewicht 2t beträgt.
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Nachfolgend
wird eine Ausführungsform
der Erfindung unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. 1 ist eine Darstellung,
welche schematisch einen Aufbau eines Elektrofahrzeuges 10 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Gemäß 1 beinhaltet das Elektrofahrzeug 10 gemäß dieser
Ausführungsform
eine Brennstoffzelle 30, welche elektrische Leistung unter
Verwendung von Wasserstoffgas als Brenngas, welches von einem Wasserstoffhochdrucktank 22 geliefert
wird und von einer Kreislaufpumpe 26 umgewälzt wird und
Sauerstoff aus der Luft erzeugt, welche von einem Kompressor 28 und
einem Sammler 24 über
ein Schaltventil 50 zugeführt wird; einen Kondensator 32,
der parallel zu der Brennstoffzelle 30 über einen Unterbrecher 56 verbunden
ist; einen Wandler 34, der als Treiberschaltkreis für einen
Antriebsmotor 36 dient und Gleichstromenergie von der Brennstoffzelle 30 und
dem Kondensator 32 in eine dreiphasige Wechselstromleistung
wandelt; einen Antriebsmotor 36, der von dem dreiphasigen
Wechselstrom vom Wandler 34 angetrieben wird und eine Antriebsleistung
an Antriebsräder 12 über ein
Differentialgetriebe 14 abgibt; und eine elektronische
Steuereinheit 70, welche das gesamte Fahrzeug steuert.
Das so aufgebaute Elektrofahrzeug hat ein Gesamtgewicht von annähernd 2t.
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Die
Brennstoffzelle 30 ist aus einem Brennstoffzellenstapel
(nicht gezeigt) gebildet. Der Brennstoffzellen stapel wird durch
Stapeln von Einheitszellen mit zwischen den Einheitszellen liegenden
Seperatoren gebildet. Die Einheitszelle wird gebildet durch Bereitstellen
einer Anodenelektrode und einer Kathodenelektrode derart, daß sie zwischen
sich eine Elektrolytmembran einschließen. Der Separator dient als Trennung
zwischen benachbarten Einheitszellen. Die Brennstoffzelle 30 erzeugt
elektrische Energie durch elektrochemische Reaktion des Wasserstoffgases, welches über eine
Gasleitung in dem Separator an die Anodenelektrode geliefert wird
und Luft, welche der Kathodenelektrode zugeführt wird. In der Brennstoffzelle 30 ist
ein Kreislaufdurchlaß (nicht
gezeigt) vorhanden, durch welchen ein Kühlmedium (z. B. Kühlwasser)
zirkulieren kann. Aufgrund der Zirkulation des Kühlmediums durch die Kreislaufleitung
wird die Temperatur der Brennstoffzelle 30 auf einer geeigneten
Temperatur gehalten (beispielsweise 65°C bis 85°C). Die Brennstoffzelle 30,
deren maximaler Ausgang (Nennwert) 95kW und deren Betriebsspannung
240 bis 400V beträgt,
ist in der Ausführungsform
in dem Elektrofahrzeug 10 eingebaut.
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Der
Kondensator 32 ist beispielsweise als elektrischer Doppelschichtkondensator
(EDLC = electric double layer capacitor) ausgebildet. Der Kondensator 32,
dessen Arbeitsspannung 240 bis 500V und dessen Kapazität 7F beträgt, ist
in der Ausführungsform
in dem Elektrofahrzeug 10 eingebaut.
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Der
Antriebsmotor 36 ist beispielsweise als bekannter Synchrongenerator/Motor
ausgelegt, der als Elektromotor und Energieerzeuger dient. Der Antriebsmotor 36,
dessen Nennausgang 80 bis 85kW beträgt, ist bei der Ausführungsform
im Elektrofahreug 10 eingebaut. Der Nennausgang vom Antriebsmotor 36 wird
so eingestellt und festgesetzt, daß er im wesentlichen gleich
der Summe des maximalen Ausgangs der Brennstoffzelle 30 im
Elektrofahrzeug 10 und des maximalen Ausgangs des Kondensators 32 bei
der Betriebsspannung des Brennstoffzelle 30 ist, welche
so betrieben wird, daß sie maximalen
Ausgang erzeugt.
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Ein
DC/DC-Wandler 54, der eine hohe Spannung von der Brennstoffzelle 30 und
vom Kondensator 32 auf eine niedrige Spannung (beispielsweise 12V)
wandelt, ist in einer elektrischen Energieversorgungsleitung von
der Brennstoffzelle 30 und dem Kondensator 32 angeordnet.
Elektrische Energie wird einer Sekundärbatterie 60 als 12V-Energieversorgung
und einer Hilfsmaschine 62 zugeführt, welche im Fahrzeug eingebaut
sind.
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Die
elektronische Steuereinheit 70 ist als Mikroprozessor ausgelegt
und weist im wesentlichen eine CPU 72 auf. Die elektronische
Steuereinheit 70 weist weiterhin ein ROM 74, welches
ein Prozeßprogramm
oder dergleichen speichert, ein RAM 76, welches vorübergehend
Daten speichert und einen Eingangs/Ausgangs-Anschluß (nicht
gezeigt) zusätzlich zu
der CPU 72 auf. Eine Energieversorgungsspannung von einem
Spannungssensor 52, der parallel zwischen dem Kondensator 32 und
dem Wandler 34 liegt, eine Schaltposition von einem Schaltpositionssensor 82,
der die Position eines Schalthebels 81 erkennt, eine Gaspedalbetätigung von
einem Gaspedallagesensor 84, der einen Niederdrückungsbetrag eines
Gaspedals 83 erkennt, eine Bremsposition von einem Bremspedalpositionssensor 86,
der einen Niederdrückungsbetrag
eines Bremspedals 85 erkennt, eine Fahrzeuggeschwindigkeit
V von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 88, der die
Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges erkennt etc. werden der elektronischen
Steuereinheit 70 über
den Eingangsanschluß eingegeben.
Ein Antriebssignal an die Kreislaufpumpe 26, ein Antriebssignal
an den Luftkompressor 28, ein Schaltsignal an den Wandler 34,
ein Gleichstromschaltsignal an dem DC/DC-Wandler 54, ein Öffnungs/Schließsignal
an den Unterbrecher 56, ein Schaltsignal an das Schaltventil 50 etc.
werden von der elektronischen Steuereinheit 70 über den
Ausgangsanschluß ausgegeben.
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Bei
dem Elektrofahrzeug 10 dieser Ausführungsform mit dem obigen Aufbau
wird, wenn der Fahrer das Gaspedal 83 niederdrückt, ein
Drehmoment (Drehmoment, welches vom Antriebsmotor 36 auszugeben
ist), welches für
das Fahrzeug benötigt wird,
auf der Grundlage der Gaspedalbetätigung gesetzt, welche von
dem Gaspedalpositionssensor 84 erkannt worden ist, sowie
aufgrund der Fahrzeuggeschwindigkeit V, welche vom Sensor 88 erkannt
worden ist. Der Wandler 34 wird so gesteuert, daß das gesetzte
Drehmoment vom Antriebsmotor 36 ausgegeben wird. Die maximale
an den Antriebsmotor 36 zu liefernde elektrische Energie
wird erhalten durch Subtrahieren der elektrischen Leistung, notwendig für die Hilfsmaschine
von der Gleichstromleistung, d. h. der Summe des maximalen Ausgangs
von der Brennstoffzelle 30 und dem maximalen Ausgang des Kondensators 32 bei
der Betriebsspannung der Brennstoffzelle 30, welche so
betrieben wird, daß sie maximalen
Ausgang erzeugt und dann durch wandeln der so erhaltenen elektrischen
Energie in den dreiphasigen Wechselstrom. Durch Auswahl des Antriebsmotors 36 so,
daß der
Ausgang vom Antriebsmotor 36 der Nennausgang ist, wenn
die erhaltene elektrische Leistung dem Antriebsmotor 36 zugeführt wird,
wird daher der Motor ausgewählt,
dessen Funktion für
die Funktion oder Leistung der Brennstoffzelle 30 und die
Funktion oder Leistung des Kondensators 32 am besten geeignet
ist. In der Ausführungsform wird
somit der Antriebsmotor 36 gewählt. Das für das Fahrzeug benötigte Drehmoment
wird auf der Grundlage der Gaspedalbetätigung und der Fahrzeuggeschwindigkeit
V gesetzt. Das maximale Drehmoment wird auf der Grundlage der dynamischen
Eigenschaften gesetzt, die für
das Fahrzeug benötigt
werden.
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Wenn
bei dem Elektrofahrzeug 10 gemäß der Ausführungsform der Fahrer das Bremspedal 85 niederdrückt, wird
das Bremsdrehmoment des Fahrzeuges auf der Grundlage der Bremspedalposition gesetzt,
welche von dem Bremspedalpositionssensor 86 erkannt worden
ist, sowie der Fahrzeuggeschwindigkeit V, welche vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 88 erkannt
worden ist. weiterhin wird der Wandler 34 so gesteuert,
daß ein
Teil des Bremsdrehmomentes durch das regenerative Drehmoment vom
Antriebsmotor 36 geliefert wird und die mechanische Bremse
wird so gesteuert, daß das
verbleibende Drehmoment von der mechanischen Bremse (nicht gezeigt)
geliefert wird. Die elektrische Leistung, welche durch die regenerative
Steuerung des Antriebsmotors 36 erhalten wird, wird durch
den Wandler 34 in Gleichstromenergie umgewandelt und im
Kondensator 32 gespeichert und wird für eine Beschleunigung des Fahrzeuges
verwendet, wenn der Fahrer das nächste
Mal das Gaspedal 83 niederdrückt. Die Verteilung des festgesetzten
Bremsdrehmomentes auf das regenerative Drehmoment vom Antriebsmotor 36 und
das Drehmoment von der mechanischen Bremse kann auf jede Art und
Weise hinsichtlich der Steuerung durchgeführt werden. Unter Berücksichtigung
der Energieeffizienz ist es jedoch bevorzugt, einen großen Betrag
des Bremsdrehmomentes auf das regenerative Drehmoment seitens des
Antriebsmotors 36 zu verteilen.
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In
diesem Zusammenhang beinhalten die dynamischen Eigenschaften, die
für das
Fahrzeug notwendig sind, die dynamischen Eigenschaften, welche wenigstens
zwei Fahrbedingungen erfüllen. Eine
erste Fahrbedingung sei bezeichnet als "Startzeit-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung" und eine zweite
Fahrbedingung sei bezeichnet als "mittlere Fahrzeuggeschwindigkeits-Vollbeschleunigungsmöglichkeitsbedingung". In der Startzeit-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung
kann eine volle Beschleunigung bei der maximalen Be schleunigung,
die zum Erhalt einer bestimmten hohen Fahrzeuggeschwindigkeit zum
Startzeitpunkt notwendig ist, wiederholt durchgeführt werden.
Bei der Startzeit-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung
kann eine Vollbeschleunigung auf die maximale Beschleunigung, die
zum Erhöhen
der Fahrzeuggeschwindigkeit von einer mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit
um ungefähr
30 km/h notwendig ist, wiederholt durchgeführt werden. Genauer, wenn die
dynamischen Eigenschaften, welche die beiden obigen Bedingungen erfüllen, erhalten
werden können,
kann das Fahrzeug den Betrieb ertragen. Bei dem Elektrofahrzeug 10 gemäß der Ausführungsform
werden die Brennstoffzelle 30 und der Kondensator 32,
deren beide Funktionen geeignet sind für die oben genannte dynamische
Funktion ausgewählt
und angewendet, so daß die
Kosten verringert sind. Nachfolgend wird die Beziehung zwischen
der Funktion der Brennstoffzelle 30 und der Funktion des
Kondensators 32, insbesondere die Beziehung zwischen dem
maximalen Ausgang der Brennstoffzelle 30 und der Kapazität des Kondensators 32 näher erläutert.
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2 ist eine graphische Darstellung,
welche ein Beispiel einer Beziehung zwischen maximalem Ausgang der
Brennstoffzelle 30, Kapazität des Kondensators 32,
dynamische Eigenschaften des Fahrzeuges und Kosten des Fahrzeuges
mit einem Gesamtgewicht von 2t zeigt. In der Darstellung zeigt eine
durchgezogene Linie "A" den unteren Grenzwert des
Bereichs, in welchem die Startzeit-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung
erfüllt
ist, die gestrichelte Linie "B" zeigt den unteren Grenzwert
des Bereiches, in welchem die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeits-Vollbeschleunigungsmöglichkeitsbedingung
erfüllt
ist und die Strichpunktlinie "C" zeigt eine Kostengleichheitslinie.
Der Bereich, in dem die dynamischen Eigenschaften, die für das Fahrzeug
notwendig sind, erfüllt
sind, ist der Bereich in welchem die Startzeit- Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung
und die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeits-Vollbeschleunigungsmöglichkeitsbedingung
erfüllt
sind. Daher ist der Bereich, in welchem die dynamischen Eigenschaften
erfüllt
sind, der Bereich, in welchem der obere rechte Bereich bezüglich der
durchgezogenen Linie "A" und der obere rechte
Bereich bezüglich
der gestrichelten Linie "B" einander überlappen
(nachfolgend als "Bedingungserfüllungsbereich" bezeichnet). Aus
dem Bedingungserfüllungsbereich
haben im Bereich, der einen Abstand über dem bestimmten Bereich
von der durchgezogenen Linie "A" oder der gestrichelten
Linie "B" hat (beispielsweise
die obere rechte Ecke in der Figur) die Brennstoffzelle und der Kondensator überhohe
Funktion für
die dynamischen Eigenschaften, die für das Fahrzeug notwendig sind, was
hinsichtlich der Energieeffizienz nicht vorteilhaft ist. Somit ist
im Bedingungserfüllungsbereich
der Bereich über
der durchgezogenen Linie "A" und auch über der
gestrichelten Linie "B" (d. h. der schraffierte Bereich
in der Figur; nachfolgend als "bevorzugter Bereich" bezeichnet) vorteilhaft.
Insbesondere durch Wählen
der Brennstoffzelle und des Kondensators beide so, daß die Funktion
im bevorzugten Bereich liegt und durch Verwendung hiervon als die
Brennstoffzelle 30 und der Kondensator 32 kann
das Elektrofahrzeug 10 realisiert werden, welches mit einer Brennstoffzelle
und einem Kondensator ausgestattet ist, welche beide funktionsmäßig für die dynamischen
Eigenschaften geeignet sind, die für das Fahrzeug benötigt werden.
Wenn daher der maximale Ausgang der Brennstoffzelle 30 zur
Anordnung im Fahrzeug 10 bereits festgesetzt ist, muss
die Kapazität
des Kondensators 32 so gesetzt werden, daß die Funktion
des Kondensators 32 im bevorzugten Bereich liegt. Andererseits,
wenn die Kapazität
des Kondensators 32 zur Anordnung in dem Elektrofahrzeug 10 bereits
festgesetzt ist, muss der maximale Ausgang der Brennstoffzelle 30 so
gesetzt werden, daß die
Funktion der Brennstoffzelle 30 im bevorzugten Bereich
ist.
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Weiterhin
ist im bevorzugten Bereich der Bereich nahe des Schnittpunktes der
durchgezogenen Linie "A" und der gestrichelten
Linie "B" der notwendige/ausreichende
Bereich, bei welchem die Startzeit-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedinung
und die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeits-Vollbeschleunigungswiederholungsmöglichkeitsbedingung
beide erfüllt
sind auf einem minimalen Wert. Daher kann durch Auswählen der
Brennstoffzelle und des Kondensators so, daß beider Funktionen in dem
notwendigen/ausreichenden Bereich liegen und durch ihre Verwendung
als Brennstoffzelle 30 und Kondensator 32 das
Elektrofahrzeug 10 realisiert werden, welches mit einer
Brennstoffzelle und einem Kondensator ausgestattet ist, deren beide Funktionen
notwendig und ausreichend geeignet für die dynamischen Eigenschaften
sind, die für
das Fahrzeug notwendig sind. Auch ist der notwendige/ausreichende
Bereich, wie aus der strichpunktierten Linie "C" gesehen
werden kann, der Bereich nahe den minimalen Kosten aus dem Bedingungserfüllungsbereich.
Daher wird durch Wählen
der Brennstoffzelle und des Kondensators, deren beide Funktionen
im notwendigen/ausreichenden Bereich sind und durch ihre Verwendung
als Brennstoffzelle 30 und Kondensator 32 es möglich, die
Kosten des Elektrofahrzeuges 10 zu verringern. Im Ergebnis
ist es durch Wählen
der Brennstoffzelle und des Kondensators so, daß beide Funktionen hiervon
im notwendigen/ausreichenden Bereich sind, es möglich, eine Brennstoffzelle
und einen Kondensator zu verwenden, deren beider Funktionen notwendig
und ausreichend geeignet für
die dynamischen Eigenschaften sind, die für das Fahrzeug benötigt werden
und deren beider Energieausbeute gut ist. Weiterhin ist es möglich, die
Kosten zu verringern. Bei dem Elektrofahrzeug 10 gemäß der Ausführungsform
wird aus obigem Grund eine Brennstoffzelle 30 mit einer
maximalen Ausgangsleistung von 95 kW und ein Kondensator 32 mit
einer Kapazität
von 7F verwendet. In diesem Fall sind die Funktionen der Brennstoffzelle 30 und
des Kondensators 32 im notwendigen/ausreichenden Bereich.
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Die
Funktion der Brennstoffzelle 30 und die Funktion des Kondensators 32,
welche in dem Elektrofahrzeug 10 anzuordnen sind, ändern sich
abhängig
von dem Gesamtgewicht des Elektrofahrzeuges 10 und den
für das
Fahrzeug notwendigen dynamischen Eigenschaften. Daher muss für jedes
Gesamtgewicht und jede dynamische Eigenschaft, die für das Fahrzeug
notwendig ist, ein Experiment durchgeführt werden, um die Beziehung
gemäß 2 zu erhalten. Die Beziehung
zwischen dem maximalen Ausgang der Brennstoffzelle und der Kapazität des Kondensators,
welche in das Fahrzeug einzubauen sind, müssen so gesetzt werden, daß sie nahe
dem Punkt sind, an dem der untere Grenzwert (durchgezogene Linie "A" in 2)
des Bereichs, in welchem die Startzeit-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung
erfüllt
ist, den unteren Grenzwert (gestrichelte Linie "B" in 2) des Bereichs schneidet,
in welchem die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeits-Vollbeschleunigungswiederholungsmöglichkeitsbedingung
erfüllt
ist. Somit ist es möglich,
eine Brennstoffzelle und einen Kondensator auszuwählen, deren
beide Funktionen geeignet für
das Gesamtgewicht des Fahrzeuges und die für das Fahrzeug benötigten dynamischen
Eigenschaften sind und dann diese ausgewählte Brennstoffzelle und den
Kondensator in das Fahrzeug einzubauen.
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Bei
dem Elektrofahrzeug 10 gemäß der obigen Ausführungsform
werden die Brennstoffzelle 30 und der Kondensator 32,
deren beide Funktionen im notwendigen/ausreichenden Bereich sind,
wo die Startzeit-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung
und die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeits-Vollbeschleunigungswiederholungsmöglichkeitsbedingung
beide auf minimalem Pegel erfüllt
sind, verwendet. Daher ist es möglich,
die für das
Fahrzeug benötigten
dynamischen Eigenschaften zu erhalten. und die Energieeffizienz
zu verbessern. Auch ist es möglich,
die Kosten bei der Herstellung des Elektrofahrzeuges 10 zu
senken.
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Auch
bei dem Verfahren zum Festlegen des maximalen Ausgangs der Brennstoffzelle 30 und
der Kapazität
des Kondensators 32, welche in der Ausführungsform in das Elektrofahrzeug 10 einzubauen sind,
ist es durch Erhalten des notwendigen/ausreichenden Bereiches, wo
die Startzeit-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung und die
mittlere Fahrzeuggeschwindigkeits-Vollbeschleunigungswiederholungsmöglichkeitsbedingung
beide auf minimalem Pegel abhängig von
dem Gesamtgewicht des Fahrzeuges und der für das Fahrzeug notwendigen
dynamischen Eigenschaften erfüllt
sind, möglich,
den maximalen Ausgang der Brennstoffzelle und die Kapazität des Kondensators
festzusetzen, welche geeignet für
das Gesamtgewicht des Fahrzeuges und für die dynamischen Eigenschaften
sind, die für
das Fahrzeug notwendig sind. Durch Einbau der Brennstoffzelle, deren maximaler
Ausgang so festgesetzt worden ist und eines Kondensators, dessen
Kapazität
so festgesetzt worden ist, in das Fahrzeug, ist es möglich, die
für das
Fahrzeug notwendigen dynamischen Eigenschaften zu erhalten und die
Energieeffizienz zu verbessern.
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In
dem Fall eines Elektrofahrzeuges, in dem der Kondensator 32 parallel
zur Brennstoffzelle 30 vorgesehen ist, beispielsweise bei
dem Elektrofahrzeug 10 gemäß der Ausführungsform, ist es möglich, den
Ausgang von der Brennstoffzelle zu unterdrücken, wenn eine Anforderung
vom Fahrer so gemacht wird, daß ein
hoher Ausgang, der den Spitzenwert erreicht, erzeugt wird, im Vergleich
zu dem Fall eines Elektrofahrzeuges, bei welchem eine Sekundärbatterie
parallel zur Brennstoffzelle vorgesehen ist. Bei dem Elektrofahrzeug,
welches mit einer Brennstoffzelle und der Sekundärbatterie versehen ist, muss
ein hoher Ausgang von der Brennstoffzelle erzeugt werden, da der
Ausgang von der Sekundärbatterie
beschränkt
ist. Bei dem Elektrofahrzeug 10, welches mit der Brennstoffzelle 30 und
den Kondensator 32 ausgestattet ist, kann jedoch ein hoher
Ausgang vom Kondensator 32 erzeugt werden, und zwar für eine kurze
Zeit. Genauer gesagt, im Elektrofahrzeug 10 gemäß der Ausführungsform
wird ein hoher Ausgang anfänglich
vom Kondensator erzeugt, wenn die Anforderung vom Fahrer kommt,
so daß der
Ausgang, der den Scheitelwert erreicht, erzeugt wird. Da eine derartige
Anforderung normalerweise nur für eine
kurze Zeitdauer vorliegt und nicht für eine lange Zeitdauer fortbesteht,
ist es möglich,
den hohen Ausgang von der Brennstoffzelle 30 aufgrund des
Ausgangs vom Kondensator 32 zu unterdrücken. Bei der Steuerung des
Antriebsmotors 36 ist es somit möglich, den Bereich zu vergrößern, in
dem das Drehmoment in der Scheitelwertsteuerung bei laufendem Fahrzeug
verwendet werden kann. Beim Elektrofahrzeug 10 gemäß der Ausführungsform,
bei dem die Brennstoffzelle 30 und der Kondensator 32 parallel zum
Antriebsmotor 36 angeordnet sind, kann der Ausgang von
der Brennstoffzelle unterdrückt
werden, und der Bereich, in welchem der Antriebsmotor verwendet
werden kann, kann erhöht
werden, wenn eine Anforderung derart gemacht wird, daß ein Ausgang erzeugt
wird, der den Scheitelwert erreicht und eine Scheitelwertsteuerung
wird durchgeführt.
Infolgedessen ist das Elektrofahrzeug 10, bei dem die Brennstoffzelle 30 und
der Kondensator 32 parallel zum Antriebsmotor 36 angeordnet
sind im Vergleich zu einem Elektrofahrzeug vorteilhaft, bei dem
eine Brennstoffzelle und eine Sekundärbatterie parallel zum Antriebsmotor
vorgesehen sind.
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Bei
dem Elektrofahrzeug 10 gemäß der Ausführungsform werden die Brennstoffzelle 30 und
der Kondensator 32 verwendet, deren beider Funktionen in
dem notwendigen/ausreichenden Bereich liegen. Die Brennstoffzelle 30 und
der Kondensator 32 deren beide Funktionen in dem gestrichelten
bevorzugten Bereich von 2 liegen,
kann jedoch ausgewählt und
im Elektrofahrzeug 10 verwendet werden. Auch kann eine
Brennstoffzelle 30 und kann ein Kondensator 32,
deren beider Funktion in dem Bedingungserfüllungsbereich liegen, wo der
obere rechte Bereich bezüglich
der durchgezogenen Linie "A" und der obere rechte
Bereich bezüglich
der gestrichelten Linie "B" einander in 2 überlappen ausgewählt und
im Elektrofahrzeug 10 verwendet werden.
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Bei
dem Elektrofahrzeug 10 gemäß der Ausführungsform wird der Antriebsmotor 36 verwendet, dessen
Funktion zur Erzeugung eines Nennausgangs im Wesentlichen gleich
der Summe des maximalen Ausgangs der Brennstoffzelle 30 im
Elektrofahrzeug 10 und des maximalen Ausgangs des Kondensators 32 bei
der Betriebsspannung der Brennstoffzelle 30 ist, welche
so betrieben wird, daß sie den
maximalen Ausgang erzeugt. Es kann jedoch auch ein Motor als Antriebsmotor 36 verwendet
werden, dessen Funktion gleich oder höher als die oben genannte Funktion
ist.
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Erfindungsgemäß werden
somit ein maximaler Ausgang einer Brennstoffzelle und eine Kapazität eines
Kondensators so gesetzt, daß sie
nahe einem Punkt sind, an dem ein unterer Grenzwert (durchgezogene
Linie "A") eines Bereichs,
in welchem eine erste Bedingung erfüllt ist, einen unteren Grenzwert (gestrichelte
Linie "B") eines Bereichs
schneidet, in welchem eine zweite Bedingung erfüllt ist. In der ersten Bedingung
kann eine volle Beschleunigung zum Startzeitpunkt zum Erhalt einer
bestimm ten hohen Fahrzeuggeschwindigkeit durch Starten des Fahrzeuges
mit einer maximalen Beschleunigung, die für das Fahrzeug notwendig ist,
wiederholt durchgeführt werden.
In der zweiten Bedingung kann eine volle Beschleunigung bei einer
mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit zur Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit
von der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit um ungefähr 30 km/h
mit der maximalen Beschleunigung, die für das Fahrzeug notwendig ist,
wiederholt durchgeführt
werden. Die Brennstoffzelle und der Kondensator mit dieser Funktion
oder Leistung werden in ein Elektrofahrzeug eingebaut. Im Ergebnis
ist es möglich,
die Brennstoffzelle und den Kondensator zu verwenden, deren beider
Funktionen und/oder Leistung geeignet für dynamische Eigenschaften
ist, die für
das Fahrzeug notwendig sind, wobei die Energieausbeute verbessert
wird und die Kosten für
das Elektrofahrzeug verringert sind.
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Die
Erfindung wurde im Detail unter Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform
beschrieben; es versteht sich für
einen Fachmann auf diesem Gebiet, daß die Erfindung nicht auf die
genannte Ausführungsform
beschränkt
ist und die Erfindung in verschiedenen anderen Ausführungsformen
im Rahmen der Erfindung realisiert werden kann, wie in dieser durch
die nachfolgenden Ansprüche
und deren Äquivalente
definiert ist.