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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Kühlens von elektronischen Komponenten von einem Brennstoffzellenfahrzeug.
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Hintergrund
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Im Allgemeinen ist eine Brennstoffzelle aus einer eine elektrochemische Reaktion erzeugenden Elektrode, einer Elektrolytmembran zum Übertragen von durch die elektrochemische Reaktion erzeugten Wasserstoffionen und einer Bipolarplatte zum Lagern der Elektrode und der Elektrolytmembran gebildet.
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In einem Brennstoffzellenfahrzeug umfasste Komponenten werden auf 80°C erwärmt, wenn die Brennstoffzelle in einem Zustand mit voller Leistung betrieben wird, und somit müssen die elektronischen Komponenten unter Verwendung eines Kühlmittels gekühlt werden.
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1 stellt elektronische Komponenten und einen Kühlmittelkreislauf eines herkömmlichen Brennstoffzellenfahrzeugs dar.
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Unter Bezugnahme auf 1 umfasst das Brennstoffzellenfahrzeug einen Motor 10, einen Wechselrichter (Inverter) 20 für den Motor, einen Hochspannungs-Gleichspannungswandler 30 (nachfolgend als HV-DC-DC-Wandler bezeichnet) und einen Niederspannungs-Gleichspannungswandler 40 (nachfolgend als LV-DC-DC-Wandler bezeichnet) als elektronische Komponenten.
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Es ist aufgrund der Kosten und Unterbringungsprobleme schwierig, einen einzelnen Kühlmittelkreislauf für jede der elektronischen Komponenten vorzusehen. Dementsprechend werden die elektronischen Komponenten in Reihe verbunden und parallel zu einem Kühlmittelkreislauf angeordnet und durch eine Pumpe 50 gekühlt. Dies erfordert eine effiziente Kühlsteuerung.
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Jedoch kann ein herkömmliches Kühlsteuerungsverfahren ein Kühlen des Wechselrichters 20, der ein Schalten des Bipolartransistors mit isolierter Gate-Elektrode (Insulated Gate Bipolar morde Transistor – IGBT) durchführt, eines HV-Gleichspannungswandlers 30 und eines LV-Gleichspannungswandlers 40 nicht effizient steuern, da die Pumpe 50 auf der Grundlage eines Signals von einem in dem Kühlmittelkreislauf angebrachten Kühlmitteltemperatursensors (nicht gezeigt) betrieben wird. Um dieses Problem zu lösen, betreibt das herkömmliche Kühlsteuerungsverfahren die Pumpe 50 selbst dann in hohem Maße, wenn das Kühlmitteltemperatursensor-Signal eine relativ niedrige Temperatur angibt. Diese verringert die Kraftstoffeffizienz und erzeugt Geräusche.
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Die oben in diesem Hintergrundabschnitt offenbarten Informationen dienen nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Offenbarung.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Offenbarung ist im Bestreben gemacht worden, um eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern/Regeln eines Kühlens von elektronischen Komponenten von einem Brennstoffzellenfahrzeug mit den Vorteilen zum effizienten Steuern/Regeln von Betriebstemperaturen eines Motors und von elektronischen Komponenten, die ein Schalten eines IGBT durchführen, die durch einen seriellen und parallelen Kühlmittelkreislauf verbunden sind, um in einem zulässigen Bereich gehalten zu werden, bereitzustellen.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern/Regeln eines Kühlens von elektronischen Komponenten von einem Brennstoffzellenfahrzeug bereitzustellen, die Geräusche durch einen minimalen Betrieb einer Pumpe in einer Übergangsbetrieb-Zeitdauer verringern und einen Betrieb der Pumpe in einem Betriebsbereich mit Ausnahme eines Bereich mit einem hohen Drehmoment minimieren, wodurch die Kraftstoffeffizienz verbessert wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung stellt eine Vorrichtung zum Steuern/Regeln eines Kühlens von elektronischen Komponenten, die in Reihe verbunden und parallel zu einem Kühlmittelkreislauf in einem Brennstoffzellenfahrzeug angeordnet sind, unter Verwendung einer Pumpe bereit, umfassend: eine Überwachungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um eine gemessene Temperatur der elektronischen Komponenten und eine gemessene Temperatur eines Kühlmittels durch eine Mehrzahl von Temperatursensoren zu sammeln; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um die Drehzahl (Umdrehungen pro Minute – RPM) der Pumpe auf der Grundlage der gemessenen Temperaturen und von zumindest einem von Temperaturabbildern der elektronischen Komponenten, einem Kühlmittel-Temperaturabbild und einem die Temperaturunterschiede zwischen den elektronischen Komponenten und einem Kühlmittel abbildenden Temperaturdifferenzabbild zu steuern/regeln, wobei die Steuerung die Drehzahl (RPM) der Pumpe unter Verwendung von Übertemperatur-Sollinformationen und Übertemperatur-Rückstellungsinformationen steuert/regelt.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt eine Vorrichtung zum Steuern/Regeln eines Kühlens von elektronischen Komponenten bereit, die in Reihe verbunden und parallel zu einem Kühlmittelkreislauf in einem Brennstoffzellenfahrzeug unter Verwendung einer Pumpe angeordnet sind, umfassend: eine Überwachungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um eine gemessene Temperatur der elektronischen Komponenten und eine gemessene Temperatur eines Kühlmittels durch eine Mehrzahl von Temperatursensoren zu sammeln; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um die Drehzahl (Umdrehungen pro Minute – RPM) der Pumpe auf der Grundlage der gemessenen Temperaturen und von zumindest einem von Temperaturabbildern der elektronischen Komponenten, einem Kühlmittel-Temperaturabbild und einem die Temperaturunterschiede zwischen den elektronischen Komponenten und einem Kühlmittel abbildenden Temperaturdifferenzabbild zu steuern/regeln, wobei die Steuerung eine Optimalwertsteuerung (feed-forward – FF) zum Erhöhen der Drehzahl der Pumpe präventiv bei Erfassung einer Fortführung eines hohen Drehmomentes und eines Hochtemperaturzustandes für eine vorgegebene Zeit auf der Grundlage eines Motordrehmoment-Referenzwertes und einer Temperatur des Wechselrichters durchführt.
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Die elektronischen Komponenten können zumindest einen von einem Motor, einem Wechselrichter, einem Hochspannungs-Gleichspannungswandler und einem Niederspannungs-Gleichspannungswandler umfassen, und die Temperaturabbilder können Pumpendrehzahl-Sollwertinformationen für eine Kühlsteuerung gemäß der gemessenen Temperatur umfassen.
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Die Steuerung kann Pumpendrehzahl-Sollwerte für die gemessenen Temperaturen der elektronischen Komponenten und des Kühlmittels, die durch die Überwachungsvorrichtung gesammelt werden, auf der Grundlage der Temperaturabbilder der elektronischen Komponenten, des Kühlmitteltemperaturabbildes und des Temperaturdifferenzabbildes ableiten. Wenn zumindest eine von einer Motortemperatur, einer Temperatur des Wechselrichters, einer Temperatur des HV-Gleichspannungswandlers, einer Temperatur des LV-Gleichspannungswandlers und Temperaturdifferenzen zwischen den elektronischen Komponenten und einem Kühlmittel einen vorgegebenen Übertemperatur-Referenzwert überschreitet, kann die Steuerung bestimmen, dass sich eine elektronische Komponente entsprechend der Temperatur in einem Übertemperatur-Sollzustand befindet und einen Maximalwert von durch die Temperaturabbilder abgeleiteten Pumpendrehzahl-Sollwerten als einen endgültigen Pumpendrehzahl-Sollwert anzuwenden.
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Wenn alle gemessenen Temperaturen niedriger als der Übertemperatur-Referenzwert sind und eine Fahrzeuggeschwindigkeit nicht niedrig ist, kann die Steuerung den Maximalwert der durch die Temperaturabbilder abgeleiteten Pumpendrehzahl-Sollwerte als den endgültigen Pumpendrehzahl-Sollwert anwenden.
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Die Steuerung kann eine Optimalwertsteuerung zum Einstellen der Drehzahl der Pumpe auf einen höheren als ein Normalwert einleiten, wenn ein Zustand, dass der Motordrehmoment-Referenzwert höher als ein erster Referenzwert zur Beurteilung eines hohen Drehmomentes ist und die Temperatur des Wechselrichters höher als ein zweiter Referenzwert zur Beurteilung einer hohen Temperatur ist, für eine Zeit entsprechend einem vorgegebenen dritten Referenzwert beibehalten wird.
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Die Steuerung kann die Optimalwertsteuerung aufheben und die Pumpendrehzahl auf den Normalwert zurückführen, wenn ein Zustand, dass der Motordrehmoment-Referenzwert niedriger als ein vierter Referenzwert entsprechend einem Zustand mit einem hohen Drehmoment ist und die Temperatur des Wechselrichters niedriger als ein fünfter Referenzwert entsprechend einem Hochtemperaturzustand ist, für eine Zeit entsprechend einem vorgegebenen sechsten Referenzwert beibehalten.
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Die Steuerung kann eine Übergangsbetrieb-Zeitdauer erfassen, in der sich das Fahrzeug im Leerlauf und in Kriechgeschwindigkeitsbereichen befindet, und eine vorgegebene niedrige Drehzahl als einen endgültigen Pumpendrehzahl-Sollwert anwenden.
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Noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt ein Verfahren zum Steuern/Regeln eines Kühlens von elektronischen Komponenten, die in Reihe verbunden und parallel zu einem Kühlmittelkreislauf in einem Fahrzeug angeordnet sind, unter Verwendung einer Pumpe bereit, umfassend: Sammeln von gemessenen Temperaturen der elektronischen Komponenten und einer gemessenen Temperatur eines Kühlmittels durch eine Überwachungsvorrichtung; Ableiten von Pumpendrehzahl-Sollwerten entsprechend den gemessenen Temperaturen auf der Grundlage von zumindest einem von Temperaturabbildern der elektronischen Komponenten, einem Kühlmitteltemperaturabbild und einem die Temperaturunterschiede zwischen den elektronischen Komponenten und dem Kühlmittel abbildenden Temperaturdifferenzabbild; Überprüfen eines Übertemperaturzustandes mit Bezug auf jede gemessene Temperatur auf der Grundlage von jedem Temperaturabbild und Einstellen eines Übertemperatur-Sollzustandes und eines Übertemperatur-Rückstellungszustandes von jeder gemessenen Temperatur; Durchführen einer Optimalwertsteuerung zum Erhöhen der Drehzahl der Pumpe, wenn ein Zustand mit einem hohen Drehmoment und ein Hochtemperaturzustand für eine vorgegebene Zeit beibehalten werden, auf der Grundlage eines Motordrehmoment-Referenzwertes und einer Temperatur des Wechselrichters; und Anwenden eines Maximalwertes der durch die Temperaturabbilder abgeleiteten Pumpendrehzahl-Sollwerte als einen endgültigen Pumpendrehzahl-Sollwert, wenn die Optimalwertsteuerungsbedingung nicht erfüllt wird und zumindest eine der gemessenen Temperaturen dem Übertemperatur-Sollzustand entspricht (OT_Set).
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Das Ableiten der Pumpendrehzahl-Sollwerte kann ein Ableiten eines Pumpendrehzahl-Sollwertes für zumindest eine von einer Motortemperatur, einer Temperatur des Wechselrichters, einer Temperatur des Hochspannungs-Gleichspannungswandlers, einer Temperatur des Niederspannungs-Gleichspannungswandlers und Temperaturunterschieden zwischen den elektronischen Komponenten und einem Kühlmittel umfassen.
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Das Einstellen des Übertemperatur-Sollzustandes und des Übertemperatur-Rückstellungszustandes kann ein Überprüfen, ob zumindest eine von einer Motortemperatur, einer Temperatur des Wechselrichters, einer Temperatur des Hochspannungs-Gleichspannungswandlers, einer Temperatur des Niederspannungs-Gleichspannungswandlers und Temperaturunterschieden zwischen den elektronischen Komponenten und einem Kühlmittel einem Übertemperaturzustand entspricht, umfassen.
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Das Durchführen der Optimalwertsteuerung kann umfassen ein Ableiten eines Feed-Forward-Pumpendrehzahl-Sollwertes als einen Wert, der größer als ein vorgegebenes Prozent von einer maximalen Pumpendrehzahl ist, bei Beginn einer Optimalwertsteuerung; und Anwenden eines Maximalwertes aus den Pumpendrehzahl-Sollwerten für die gemessenen Temperaturen und den Feed-Forward-Pumpendrehzahl-Sollwerten als einen endgültigen Pumpendrehzahl-Sollwert.
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Das Verfahren kann ferner ein Steuern/Regeln des endgültigen Pumpendrehzahl-Sollwertes auf einen Wert umfassen, der niedriger als ein vorgegebenes Prozent der maximalen Pumpendrehzahl ist, wenn die Optimalwertsteuerungsbedingung nicht erfüllt wird, jede gemessene Temperatur dem Übertemperatur-Rückstellungszustand entspricht und sich das Fahrzeug in einem Parkzustand, einem Neutralzustand oder einem Zustand mit niedriger Geschwindigkeit entsprechend einer Geschwindigkeit, die niedriger als eine vorgegebene Geschwindigkeit ist, befindet.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt elektronische Komponenten und einen Kühlmittelkreislauf von einem herkömmlichen Brennstoffzellenfahrzeug dar.
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2 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Steuern/Regeln eines Kühlens von elektronischen Komponenten von einem Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
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3 zeigt Temperaturabbilder, die für eine Kühlsteuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
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4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern/Regeln eines Kühlens von elektronischen Komponenten von einem Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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5 zeigt Graphen, die Ergebnisse der Kühlsteuerung der elektronischen Komponenten von einem herkömmlichen Verfahren mit Ergebnissen der Kühlsteuerung der elektronischen Komponenten von dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung vergleichen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern/Regeln von elektronischen Komponenten von einem Brennstoffzellenfahrzeug gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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2 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Steuern/Regeln eines Kühlens von elektronischen Komponenten von einem Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
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Unter Bezugnahme auf 2 umfasst eine Vorrichtung 100 zum Steuern/Regeln eines Kühlens von elektronischen Komponenten von einem Brennstoffzellenfahrzeug eine Überwachungsvorrichtung 110 zum Sammeln von gemessenen Temperaturen von elektronischen Komponenten des Brennstoffzellenfahrzeugs und eine Steuerung 120 zum Steuern/Regeln der Drehzahl einer Pumpe auf der Grundlage der gemessenen Temperaturen.
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Die elektronischen Komponenten können einen Motor, einen Wechselrichter, einen HV-Gleichspannungswandler (HV-DC-DC) und einen LV-Niederspannungswandler (LV-DC-DC) umfassen. Ein Kühlmittelkreislauf des Brennstoffzellenfahrzeugs ist in Reihe und parallel mit den elektronischen Komponenten verbunden und die elektronischen Komponenten werden durch eine Pumpe gekühlt.
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Die Überwachungsvorrichtung 110 sammelt gemessene Temperaturen der elektronischen Komponenten und eine gemessene Temperatur eines Kühlmittels durch einen Motortemperatursensor 111, einen Wechselrichtertemperatursensor 112, einen HV-DC-DC-Temperatursensor 113, einen LV-DC-DC-Temperatursensor 114 und einen Kühlmitteltemperatursensor 115 in Echtzeit.
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Darüber hinaus kann die Überwachungsvorrichtung 110 den Gesamtbetriebszustand des Fahrzeugs, wie eine Schaltgeschwindigkeit, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, etc. in Verbindung mit Steuerungen (nicht gezeigt) in dem Fahrzeug überwachen.
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Die Steuerung 120 steuert/regelt die Drehzahl der Pumpe auf der Grundlage von zumindest einem von Temperaturabbildern der elektronischen Komponenten, einem Kühlmittel-Temperaturabbild und einem die Temperaturunterschiede zwischen den elektronischen Komponenten und einem Kühlmittel abbildenden Temperaturdifferenzabbild. Hierbei steuert/regelt die Steuerung 120 die Drehzahl der Pumpe unter Verwendung von Übertemperatur-Soll-(OT_Set)Informationen und Übertemperatur-Rückstellungs-((OT_Reset)Informationen der Temperaturabbilder.
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3 zeigt Temperaturabbilder, die für eine Kühlsteuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
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Unter Bezugnahme auf 3 speichert die Steuerung 120 ein Motor-Temperaturabbild A1, ein Wechselrichter-Temperaturabbild B1, ein HV-DC-DC-Temperaturabbild C1, ein LV-DC-DC-Temperaturabbild D1, ein Kühlmittel-Temperaturabbild E1 und ein Temperaturdifferenzabbild F1, das Temperaturunterschiede zwischen den elektronischen Komponenten und einem Kühlmittel abbildet.
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In 3 werden die Temperaturen durch Tn_A, Tn_B, Tn_C, Tn_D, Tn_E und Tn_F bezeichnet und die Pumpendrehzahl-Sollwerte entsprechend den Temperaturen werden durch Rm_A, Rm_B, Rm_C, Rm_D, Rm_E und Rm_F bezeichnet.
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Die Steuerung 120 leitet Pumpendrehzahl-Sollwerte für Temperaturen der elektronischen Komponenten und des Kühlmittels, die durch die Überwachungsvorrichtung 110 gesammelt werden, auf der Grundlage der Temperaturabbilder der elektronischen Komponenten A1, B1, C1 und D1, des Kühlmittel-Temperaturabbildes E1 und des Temperaturdifferenzabbildes F1 ab.
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Zum Beispiel können in dem Fall der Temperaturen T2_A, T2_B, T2_C, T2_D, T2_E und T2_F die Pumpendrehzahl-Sollwerte R2_A, R2_B, R2_C, R2_D, R2_E und R2_F entsprechend den Temperaturen abgeleitet werden.
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Die Steuerung 120 steuert/regelt die Drehzahl der Pumpe auf der Grundlage der durch die Überwachungsvorrichtung 110 gesammelten gemessenen Temperaturen und von zumindest einem von den Temperaturabbildern der elektronischen Komponenten A1, B1, C1 und D1, dem Kühlmittel-Temperaturabbild E1 und dem Temperaturdifferenzabbild F1. Ein detailliertes Steuerverfahren wird durch die folgenden Ausführungsformen beschrieben.
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Ausführungsbeispiel 1
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Die Steuerung 120 steuert/regelt die Drehzahl der Pumpe unter Verwendung von Übertemperatur-Soll-(OT_Set)Informationen und Übertemperatur-Rückstellungs-(OT_Reset)Informationen von jedem Abbild.
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Die Steuerung 120 stellt zuvor einen Übertemperatur-Referenzwert zum Überprüfen eines Übertemperaturzustandes zu jedem Temperaturabbild ein. Wenn die Motortemperatur, die HV-DC-DC-Temperatur, die LV-DC-DC-Temperatur, die repräsentative Kühlmitteltemperatur und eine Temperaturdifferenz zwischen einer elektronischen Komponente und dem Kühlmittel höher als der Übertemperatur-Referenzwert sind, bestimmt die Steuerung 120, dass die Temperaturen einem Übertemperaturzustand entsprechen. Wenn die Temperaturen niedriger als der Übertemperatur-Referenzwert sind, bestimmt die Steuerung 120, dass die Temperaturen einem Übertemperatur-Rückstellungszustand (OT_Reset) entsprechen.
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Wenn die Steuerung 120 bestätigt, dass zumindest eine von der Motortemperatur, der Wechselrichtertemperatur, der HV-DC-DC-Temperatur, der LV-DC-DC-Temperatur, der repräsentativen Kühlmitteltemperatur und der Temperaturdifferenz dem Übertemperaturzustand (Ot_Set) entspricht, kann die Steuerung 120 einen Maximalwert von Pumpendrehzahl-Sollwerten Rm_A bis Rm_F für die gemessenen Temperaturen als einen endgültigen Pumpendrehzahl-Sollwert anwenden.
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Darüber hinaus, wenn die Steuerung 120 bestimmt, dass die gemessenen Temperaturen niedriger als der Übertemperatur-Referenzwert sind, kann die Steuerung 120 den endgültigen Pumpendrehzahl-Sollwert als einen Normalwert anwenden. Hierbei kann der Normalwert einer sein von den auf der Grundlage der Temperaturabbilder abgeleiteten Pumpendrehzahl-Sollwerten, die nachfolgend beschrieben werden, oder dem Mittelwert der Pumpendrehzahl-Sollwerte.
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Ausführungsbeispiel 2
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Die Steuerung 120 kann eine Fortführung eines Zustandes mit einem hohen Drehmoment und eines Hochtemperaturzustandes für eine vorgegebene Zeit auf der Grundlage einer Motordrehmomentreferenz und der Wechselrichtertemperatur erfassen, um eine Optimalwert-(feed-forward – FF)Steuerung zum Erhöhen der Drehzahl der Pumpe präventiv durchzuführen.
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Eine Optimalwertsteuerungsbedingung wird durch die folgende Ausführungsform ausführlich beschrieben und Referenzwerte für die Steuerungsbedingung können wie folgt eingestellt werden.
- – TH1 und TH4 beziehen sich auf Referenzwerte mit Bezug auf den Zustand mit einem hohen Motordrehmoment und können auf Werte im Bereich von 20 bis 100% eingestellt werden, wenn ein Maximalwert einer Motordrehmomentreferenz 100% beträgt.
- – TH2 und TH5 beziehen sich auf Referenzwerte mit Bezug auf den Hochtemperaturzustand des Wechselrichters und können auf Werte im Bereich von 20°C bis 70°C eingestellt werden.
- – TH3 und TH6 beziehen sich auf Bezugsdauern (Referenz-Zeitdauer), für welche der Zustand mit einem hohen Motordrehmoment und der Hochtemperaturzustand des Wechselrichters beibehalten werden, und können auf Werte im Bereich von 0,5 bis 10 Sekunden eingestellt werden.
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Die Referenzwerte sind nicht auf die oben beschriebenen Werte beschränkt und die besten Werte, die durch verschiedene Experimente abgeleitet werden, können als die Referenzwerte angewendet werden.
- (1) Ein-Bedingung der Optimalwertsteuerung (FF-Steuerung): (Motordrehmoment-Referenzwert ≥ TH1) und (Temperatur des Wechselrichters ≥ TH2) und (Dauer ≥ TH3):
Die Steuerung 120 kann die FF-Steuerung einleiten, wenn in einem Zustand, dass ein Motordrehmoment-Referenzwert höher als der erste Referenzwert TH1 ist, die Temperatur des Wechselrichters höher als der zweite Referenzwert TH2 ist, der Zustand für eine Zeit entsprechend dem dritten Referenzwert TH3 beibehalten wird. Hierbei kann die Drehzahl der Pumpe höher als ein Normalwert durch die FF-Steuerung eingestellt werden.
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Obwohl der Motordrehmoment-Referenzwert verwendet werden kann, um zu überprüfen, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß der Steuerbedingung hoch oder niedrig ist, muss der Motordrehmoment-Referenzwert von der Fahrzeuggeschwindigkeit unterschieden werden, da der Motordrehmoment-Referenzwert gemäß einer Steigung einer Fahrbahn von der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit unterschiedlich werden kann.
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Das heißt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit angewendet wird, nimmt die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit aufgrund der Last der Straße ab, wenn das Fahrzeug auf einer steil ansteigenden Straße fährt, selbst wenn der Motordrehmoment-Referenzwert höher als der erste Referenzwert TH1 entsprechend einer Hochgeschwindigkeitssteuerung ist, und somit verschlechtert sich die Kühlleistung trotz der hohen Temperatur.
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Im Gegensatz dazu, wenn das Fahrzeug auf einer steil abfallenden Straße fährt, kann die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit aufgrund der Beschleunigung bergab zunehmen, auch wenn der Motordrehmoment-Referenzwert niedriger als der erste Referenzwert TH1 entsprechend der Niedriggeschwindigkeitssteuerung ist, und somit wird eine übermäßige Kühlsteuerung unnötig durchgeführt.
- (2) Aus-Bedingung der Optimalwertsteuerung (FF-Steuerung): (Motordrehmoment-Referenzwert < TH4) und (Temperatur des Wechselrichters < TH5) und (Dauer ≥ TH6):
Wenn der Motordrehmoment-Referenzwert niedriger als der vierte Referenzwert TH4 ist, die Temperatur des Wechselrichters niedriger als der fünfte Referenzwert TH5 ist und dieser Zustand für eine Zeit entsprechend dem sechsten Referenzwert TH6 beibehalten wird, kann die Steuerung 120 die FF-Steuerung abbrechen und die Drehzahl der Pumpe auf den Normalwert zurückführen.
- (3) Drehzahl-Sollwert, wenn FF-Steuerung Ein: R_FF:
Bei der Einleitung der FF-Steuerung kann die Steuerung 120 einen FF-Pumpendrehzahl-Sollwert R_FF ableiten. Hierbei kann R_FF ein Wert sein, der eine hohe Drehzahl abbildet, die größer als oder gleich einem vorgegebenen Prozent (z. B. 40%) der maximalen Pumpendrehzahl ist.
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Die Steuerung 120 kann eine Übergangsbetrieb-Zeitdauer erfassen, in der sich das Fahrzeug im Leerlauf und in Kriechgeschwindigkeitsbereichen befindet, und minimiert einen Betrieb der Pumpe, solange ein Kühlen der elektronischen Komponenten nicht erzeugt wird, wodurch Geräusche vermindert werden.
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Zum Beispiel kann die Steuerung 120 eine niedrige Drehzahl R_min als einen endgültigen Pumpendrehzahl-Sollwert anwenden, wenn sich der Schaltungsbereich in einem P-Bereich in Parkstellung oder einem N-Bereich in Neutralstellung befindet oder die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist, die Temperaturen von allen elektronischen Komponenten dem Niedrigtemperaturzustand OT_Reset auf der Grundlage der Temperaturabbilder entsprechen und die FF-Steuerung ausgeschaltet ist. Hierbei kann R_min ein Wert sein, der eine niedrige Drehzahl abbildet, die weniger als ein vorgegebenes Prozent (z. B. 40%) der maximalen Pumpendrehzahl beträgt.
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Ausführungsbeispiel 3
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Eine wird eine Beschreibung von einem Verfahren zum Steuern/Regeln eines Kühlens von elektronischen Komponenten von einem Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung auf der Grundlage der Konfiguration der oben beschriebenen Kühlsteuervorrichtung 100 einschließlich der ersten und der zweiten Ausführungsform angegeben.
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4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern/Regeln eines Kühlens von elektronischen Komponenten von einem Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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Unter Bezugnahme auf 4 kann die Kühlsteuervorrichtung 100 Temperaturen der elektronischen Komponenten und eine Temperatur des Kühlmittels durch die Überwachungsvorrichtung 110 sammeln (S101).
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Die Kühlsteuervorrichtung 100 kann Pumpendrehzahl-Sollwerte Rm_A bis Rm_F für die elektronischen Komponenten auf der Grundlage der Temperaturabbilder A1 bis F1 ableiten (S102).
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Schritt S102 wird detailliert beschrieben.
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Die Kühlsteuervorrichtung 100 kann einen Pumpendrehzahl-Sollwert Rm_A für die Motortemperatur auf der Grundlage des Motortemperaturabbildes A1 ableiten.
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Die Kühlsteuervorrichtung 100 kann einen Pumpendrehzahl-Sollwert Rm_B für die Temperatur des Wechselrichters auf der Grundlage des Wechselrichter-Temperaturabbildes B1 ableiten.
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Die Kühlsteuervorrichtung 100 kann einen Pumpendrehzahl-Sollwert Rm_C für die HV-DC-DC-Temperatur auf der Grundlage des HV-DC-DC-Temperaturabbildes C1 ableiten.
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Die Kühlsteuervorrichtung 100 kann einen Pumpendrehzahl-Sollwert Rm_D für die LV-DC-DC-Temperatur auf der Grundlage des LV-DC-DC-Temperaturabbildes D1 ableiten.
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Die Kühlsteuervorrichtung 100 kann einen Pumpendrehzahl-Sollwert Rm_E für die aktuelle repräsentative Kühlmitteltemperatur auf der Grundlage des Kühlmittel-Temperaturabbildes E1 ableiten.
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Die Kühlsteuervorrichtung 100 kann einen Pumpendrehzahl-Sollwert Rm_F für die aktuelle Temperaturdifferenz, die einen Temperaturunterschied zwischen einer elektronischen Komponente und der repräsentativen Kühlmitteltemperatur darstellt, auf der Grundlage des Temperaturdifferenzabbildes F1 ableiten.
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Die Kühlsteuervorrichtung 100 kann einen Übertemperaturzustand von jeder elektronischen Komponente auf der Grundlage der entsprechenden Temperaturabbilder A1 bis F1 überprüfen und den Übertemperatur-Referenzwert einstellen, wenn die Temperatur der entsprechenden elektronischen Komponenten den Übertemperatur-Referenzwert überschreitet (S103).
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Schritt S103 wird nachfolgend weiter beschrieben.
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Die Kühlsteuervorrichtung 100 kann auf der Grundlage des Motor-Temperaturabbildes A1 überprüfen, ob die aktuelle Motortemperatur einem Übertemperaturzustand entspricht, und OT_A einstellen, wenn die aktuelle Motortemperatur dem Übertemperaturzustand entspricht.
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Die Kühlsteuervorrichtung 100 kann auf der Grundlage des Wechselrichter-Temperaturabbildes B1 überprüfen, ob die aktuelle Wechselrichter-Temperatur dem Übertemperaturzustand entspricht, und OT_B einstellen, wenn die aktuelle Wechselrichter-Temperatur dem Übertemperaturzustand entspricht.
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Die Kühlsteuervorrichtung 100 kann auf der Grundlage des HV-DC-DC-Temperaturabbildes C1 überprüfen, ob die aktuelle HV-DC-DC-Temperatur dem Übertemperaturzustand entspricht, und OT_C einstellen, wenn die aktuelle HV-DC-DC-Temperatur dem Übertemperaturzustand entspricht.
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Die Kühlsteuervorrichtung 100 kann auf der Grundlage des LV-DC-DC-Temperaturabbildes D1 überprüfen, ob die aktuelle LV-DC-DC-Temperatur dem Übertemperaturzustand entspricht, und OT_D einstellen, wenn die aktuelle LV-DC-DC-Temperatur dem Übertemperaturzustand entspricht.
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Die Kühlsteuervorrichtung 100 kann auf der Grundlage des Kühlmittel-Temperaturabbildes E1 überprüfen, ob die aktuelle repräsentative Kühlmittel-Temperatur dem Übertemperaturzustand entspricht, und OT_E einstellen, wenn die aktuelle repräsentative Kühlmittel-Temperatur dem Übertemperaturzustand entspricht.
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Die Kühlsteuervorrichtung 100 kann auf der Grundlage des Temperaturdifferenzabbildes F1 überprüfen, ob die aktuelle Temperaturdifferenz dem Übertemperaturzustand entspricht, und OT_F einstellen, wenn die aktuelle Temperaturdifferenz dem Übertemperaturzustand entspricht.
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Die Kühlsteuervorrichtung 100 kann überprüfen, ob die EIN-Bedingung der FF-Steuerung, dass eine Zeitdauer, während welcher der Motordrehmoment-Referenzwert höher als der erste Referenzwert TH1 ist und die Temperatur des Wechselrichters höher als der zweite Referenzwert TH2 ist, länger als die Zeit entsprechend dem dritten Referenzwert TH3 ist, erfüllt wird (S104).
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Wenn die EIN-Bedingung der FF-Steuerung in Schritt S104 erfüllt ist, kann die Kühlsteuervorrichtung 100 eine FF-Steuerung der Pumpe einleiten und einen Pumpendrehzahl-Sollwert R_FF gemäß der FF-Steuerung ableiten (S105).
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Die Kühlsteuervorrichtung 100 kann einen Maximalwert von Rm_A bis Rm_F und R_FF als einen endgültigen Pumpendrehzahl-Sollwert anwenden (S106).
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Wenn die EIN-Bedingung der FF-Steuerung in Schritt S104 nicht erfüllt wird, kann die Kühlsteuervorrichtung 100 überprüfen, ob zumindest eine der Temperaturen der elektronischen Komponenten dem Übertemperaturzustand entspricht (S107).
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Wenn die Kühlsteuervorrichtung 100 bestätigt, dass zumindest eine der Temperaturen der elektronischen Komponenten dem Übertemperaturzustand entspricht, kann die Kühlsteuervorrichtung 100 einen Maximalwert von Pumpendrehzahl-Sollwerten Rm_A bis Rm_F als einen endgültigen Pumpendrehzahl-Sollwert anwenden (S108).
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Wenn die Kühlsteuervorrichtung 100 bestimmt, dass die Temperaturen der elektronischen Komponenten nicht dem Übertemperaturzustand in Schritt S107 entsprechen, kann die Kühlsteuervorrichtung 100 überprüfen, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist (S109).
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Zum Beispiel wendet die Kühlsteuervorrichtung 100 R_min als den endgültigen Pumpendrehzahl-Sollwert an, wenn der Schaltbereich dem P-Bereich in Parkstellung oder dem N-Bereich in Neutralstellung entspricht oder die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als 20 km/h ist (S110).
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Die Kühlsteuervorrichtung 100 kann Schritt S108 durchführen, wenn sich das Fahrzeug unter der oben beschriebenen Bedingung nicht in einem Zustand mit niedriger Geschwindigkeit befindet.
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Nach Schritt S106 kann der FF-Zustand der Pumpe ausgeschaltet werden, falls ein Zustand, dass der Motordrehmoment-Referenzwert niedriger als der vierte Referenzwert TH4 ist und die Temperatur des Wechselrichters niedriger als der fünfte Referenzwert TH5 ist, für eine Zeit entsprechend dem sechsten Referenzwert TH6 beibehalten wird.
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Der Übertemperaturzustand mit Bezug auf die Temperaturabbilder der elektronischen Komponenten A1, B1, C1 und D1, das Kühlmittel-Temperaturabbild E1 und das Temperaturdifferenzabbild F1 kann aufgehoben werden, wenn die Temperaturen der elektronischen Komponenten und des Kühlmittels niedriger als der Übertemperatur-Referenzwert sind. Wenn der Übertemperaturzustand aufgehoben ist, kann der eingestellte Übertemperaturzustand zurückgestellt werden (OT_A Rückstellung bis OT_F Rückstellung).
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5 zeigt Graphen, die Ergebnisse der Kühlsteuerung der elektronischen Komponenten von einem herkömmlichen Verfahren mit Ergebnissen der Kühlsteuerung der elektronischen Komponenten von dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung vergleichen.
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Unter Bezugnahme auf 5 gibt das herkömmliche Kühlsteuerverfahren der elektronischen Komponenten unter den gleichen Fahrzeug- und Betriebsbedingungen Hauptübergangs-Betriebsbereiche der Pumpe an und somit wird die Pumpe in einer Übergangsbetrieb-Zeitdauer in hohem Maße betrieben, wodurch die Kraftstoffeffizienz verringert wird und übermäßiger Lärm erzeugt wird.
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Auf der anderen Seite kann das Kühlsteuerverfahren der elektronischen Komponenten gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung ein Geräuschproblem lösen, das durch die Pumpe während eines Kriechbetriebs des Fahrzeug oder eines Leerlaufes nach einem Hochleistungsbetrieb des Fahrzeugs verursacht wird, indem die Geräusche durch einen minimalen Betrieb der Pumpe in der Übergangsbetrieb-Zeitdauer verringert werden.
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Es kann von einem Testergebnis eines Urban Dynamometer Driving Schedule(UDDSU)-Modus mit Ausnahme des hohen Drehmomentbereichs des Motors bestätigt werden, dass die Kraftstoffeffizienz um 1% oder mehr im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren verbessert wird.
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Darüber hinaus kann die Pumpendrehzahlsteuerung unter Verwendung von Temperaturen von elektronischen Komponenten wie einem Motor, Wechselrichter, HV-DC-DC, LV-DC-DC, etc. und Übertemperatur-Sollinformationen und -Rückstellungsinformationen durchgeführt werden, um die Betriebstemperaturen der elektronischen Komponenten, die in Reihe und parallel zu einem Kühlmittelkreislauf verbunden sind, in einem zulässigen Bereich zu halten.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung können durch Programme zum Ausführen von Funktionen entsprechend den Konfigurationen der Ausführungsformen und die Programme speichernden Aufzeichnungsmedien ebenso wie die oben beschriebene Vorrichtung und/oder das oben beschriebene Verfahren realisiert werden und diese Realisierung kann durch den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen erzielt werden.
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Während diese Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben worden ist, was gegenwärtig als praktische Ausführungsbeispiele erachtet werden, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegensatz dazu vorgesehen ist, um verschiedene Abänderungen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die innerhalb der Lehre und des Umfangs der beigefügten Ansprüche umfasst sind.