DE102015118112B4

DE102015118112B4 - Motorgetriebenes Fahrzeug und Steuerverfahren zum Laden und Entladen einer in dem Fahrzeug angeordneten Sekundärbatterie mittels Rekuperation

Info

Publication number: DE102015118112B4
Application number: DE102015118112.6A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Matsubara; Kenji Umayahara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2023-03-02
Anticipated expiration: 2035-10-24
Also published as: KR20160054398A; CN105591169B; KR20180030403A; JP2016092987A; JP6319053B2; US20160129804A1; US10099557B2; DE102015118112A1; CN105591169A; KR102007360B1

Abstract

Fahrzeug (10), das von einem Motor (136) angetrieben wird, wobei das Fahrzeug (10) aufweist:eine Sekundärbatterie (140), die so konfiguriert ist, dass sie dem Motor (136) einen elektrischen Strom zuführt;einen Energierückgewinnungsabschnitt (130), der so konfiguriert ist, dass er der Sekundärbatterie (140) einen zurückgewonnenen elektrischen Strom zuführt, der bei einem Bremsvorgang des Fahrzeugs (10) zurückgewonnen wird;einen Stromspeichermengenerfassungsabschnitt (142), der so konfiguriert ist, dass er eine Stromspeichermenge der Sekundärbatterie (140) erfasst;einen Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsabschnitt (139), der so konfiguriert ist, dass er eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10);einen Temperaturerfassungsabschnitt (142), der so konfiguriert ist, dass er eine Temperatur (Tba) der Sekundärbatterie (140) erfasst; undeinen Steuerabschnitt (180), der so konfiguriert ist, dass er das Laden und Entladen der Sekundärbatterie (140) steuert,wobei der Steuerabschnitt (180)als zurückgewonnenen elektrischen Strom, den das Fahrzeug (10) erzielt, unter Verwendung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) einen elektrischen Strom schätzt, der zu einem Zeitpunkt erzielt wird, zu dem die kinetische Energie des Fahrzeugs (10), die der erfassten Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) entspricht, von dem Energierückgewinnungsabschnitt (130) zurückgewonnen wird,eine erwartete Stromspeicherzuwachsmenge (ΔCsoc) schätzt, die einer Zuwachsmenge der Stromspeichermenge zu einem Zeitpunkt entspricht, zu dem der geschätzte zurückgewonnene elektrische Strom der Sekundärbatterie (140) zugeführt wird, unter Verwendung einer Formel, die einen Höchstlademengenwert (Win), um die Ladekapazität der Sekundärbatterie (140) zu steuern, die sich je nach Temperatur (Tba) der Sekundärbatterie (140) ändert, und den geschätzten elektrischen Strom umfasst,eine virtuelle Stromspeichermenge (Vsoc) aus der Gesamtsumme der geschätzten erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge (ΔCsoc) und einer von dem Stromspeichermengenerfassungsabschnitt (142) erfassten tatsächlichen Stromspeichermenge (Rsoc) errechnet, unddas Laden und Entladen der Sekundärbatterie (140) anhand der virtuellen Stromspeichermenge (Vsoc) ausführt, so dass die virtuelle Stromspeichermenge (Vsoc) zwischen einer vorgegebenen Höchstmenge (Uth) und einer vorgegebenen Mindestmenge (Dth) der virtuellen Stromspeichermenge (Vsoc) gehalten wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein motorgetriebenes Fahrzeug und ein Steuerverfahren zum Laden und Entladen einer in dem Fahrzeug angeordneten Sekundärbatterie mittels Rekuperation.
2. Beschreibung verwandter Technik
Allgemein ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine in einem Fahrzeug angeordnete Sekundärbatterie derart gesteuert wird, dass eine Stromspeichermenge (SOC: Ladezustand) der Sekundärbatterie zwischen einer vorgegebenen Höchstmenge und einer vorgegebenen Mindestmenge gehalten wird. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein Brennstoffzellenfahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder dergleichen. In Bezug auf dieses Verfahren, ist, um auf effektivere Weise Energie bei einem Bremsvorgang des Fahrzeugs zurückzugewinnen, eine Antriebssteuereinheit bekannt, die eine Gefällezone mit einer vorgegebenen Höhendifferenz auf einer Wegstrecke eines Fahrzeugs festlegt und einen Regelungsbereich zwischen der Höchstmenge und der Mindestmenge erweitert, zu dem Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug die festgelegte Zone durchläuft (japanische Patentanmeldung JP 2005-160 269 A ). Aus der US 2013 / 0 015 860 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Zielladezustands (SOC - State of Charge) bekannt, um eine Speicherbatterie in einem Elektrofahrzeug unter Verwendung von elektrischem Strom von einer externen Stromquelle zu laden. Das Laden der Speicherbatterie auf den Ziel-SOC erfolgt vor dem Starten eines Fahrzyklus des Fahrzeugs. Der Ziel-SOC wird auf der Basis eines Profils regenerativer Bremsenergie, von der erwartet wird, dass sie zurückgewonnen wird, und eines Profils von Energie, von der erwartet wird, dass sie während eines Abschnitts eines zukünftigen Fahrzyklus von der Batterie verwendet wird, bestimmt. Die JP 2014- 45 567 A offenbart ein Energiespeichersystem mit einer Energiespeichervorrichtung und einem Steuergerät. Die Energiespeichervorrichtung gibt elektrische Energie ab, die in kinetische Energie zum Antrieb eines Fahrzeugs umgewandelt werden soll, und eine Steuerung berechnet einen Steuer-SOC und einen Anzeige-SOC. Der Steuer-SOC ist ein SOC des Energiespeichers, der für die Lade-/Entladesteuerung des Energiespeichers verwendet wird, und der Anzeige-SOC ist ein SOC des Energiespeichers, der auf einem Display des Fahrzeugs angezeigt wird. Das Steuergerät berechnet einen SOC, der sich in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs ändert, und bezieht als Anzeige-SOC die elektrische Energie ein, die voraussichtlich durch Abbremsen des Fahrzeugs in den Energiespeicher geladen wird. Auf Basis des Anzeige-SOC berechnet das Steuergerät eine Restreichweite, die die Strecke ist, die das Fahrzeug mit der Leistung des Energiespeichers zurücklegen kann und die auf dem Display angezeigt wird. Die JP 2013- 99 994 A offenbart schließlich ein Fahrzeug mit einem Motorgenerator, der die Fahrantriebskraft des Fahrzeugs erzeugt, einem Motor, einer ECU und einer Fahrzeugnavigationsvorrichtung zum Erhalt von Straßeninformationen. Die ECU führt eine Antriebskraftänderungsoperation aus, um das Fahrzeug zum Fahren zu veranlassen, während sie zwischen einem ersten Zustand zum Erzeugen der Antriebskraft und einem zweiten Zustand, der eine geringere Antriebskraft als der erste Zustand hat, über den Motorgenerator und den Motor umschaltet. Wenn ausgehend von den Daten der Fahrzeugnavigationsvorrichtung eine Straße mit einer Steigung vorliegt, ändert die ECU die Antriebszustände des Motorgenerators und des Motors in der Antriebskraftänderungsoperation im Vergleich zu einem Fall, in dem eine flache Straße vorliegt.
Es gibt jedoch Raum für weitere Verbesserungen in Bezug auf das Verfahren zum Laden und Entladen der Sekundärbatterie. In einem Fall beispielsweise, in dem der Regelungsbereich der Stromspeichermenge (SOC) der Sekundärbatterie wie in JP 2005- 160 269 A geändert wird, ist es notwendig, die Einstellung jener anderer Teile der Antriebssteuereinheit, die von dem Regelungsbereich betroffen sind, zusammen mit dem Regelungsbereich zu ändern, was zu dem Problem führt, dass sich die Steuerung erschwert. Ferner wird beispielsweise in JP 2005- 160 269 A eine zurückgewonnene Energie, die erzielt wird, wenn eine kinetische Energie des Fahrzeugs aktuell zurückgewonnen wird, als nicht ausreichend bewertet.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung kann gemäß folgender Aspekte realisiert werden.
(1) Gemäß einem Aspekt der Erfindung, liegt ein motorgetriebenes Fahrzeug vor. Das Fahrzeug umfasst: eine Sekundärbatterie, die so konfiguriert ist, dass sie dem Motor einen elektrischen Strom zuführt; einen Energierückgewinnungsabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er der Sekundärbatterie einen zurückgewonnenen elektrischen Strom zuführt, der bei einem Bremsvorgang des Fahrzeugs zurückgewonnen wird; einen Stromspeichermengenerfassungsabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er eine Stromspeichermenge der Sekundärbatterie erfasst; einen Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfasst; einen Temperaturerfassungsabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er eine Temperatur der Sekundärbatterie erfasst; und einen Steuerabschnitt, der so konfiguriert ist, dass er das Laden und Entladen der Sekundärbatterie steuert, wobei der Steuerabschnitt als zurückgewonnenen elektrischen Strom, den das Fahrzeug erzielt, unter Verwendung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs einen elektrischen Strom schätzt, der zu einem Zeitpunkt erzielt wird, zu dem die kinetische Energie des Fahrzeugs, die der erfassten Geschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht, von dem Energierückgewinnungsabschnitt zurückgewonnen wird, eine erwartete Stromspeicherzuwachsmenge schätzt, die einer Zuwachsmenge der Stromspeichermenge zu einem Zeitpunkt entspricht, zu dem der geschätzte zurückgewonnene elektrische Strom der Sekundärbatterie zugeführt wird, unter Verwendung einer Formel, die einen Höchstlademengenwert, um die Ladekapazität der Sekundärbatterie (140) zu steuern, die sich je nach Temperatur der Sekundärbatterie ändert, und den geschätzten elektrischen Strom umfasst, eine virtuelle Stromspeichermenge aus der Gesamtsumme der geschätzten erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge und einer von dem Stromspeichermengenerfassungsabschnitt erfassten tatsächlichen Stromspeichermenge errechnet, und das Laden und Entladen der Sekundärbatterie anhand der virtuellen Stromspeichermenge ausführt, so dass die virtuelle Stromspeichermenge zwischen einer vorgegebenen Höchstmenge und einer vorgegebenen Mindestmenge der virtuellen Stromspeichermenge gehalten wird. Gemäß dieser Konfiguration, kann das Laden und Entladen der Sekundärbatterie unter Berücksichtigung der erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge der Sekundärbatterie zu einem Zeitpunkt, zu dem eine kinetische Energie des Fahrzeugs zurückgewonnen wird, ausgeführt werden. In einem Fall beispielsweise, in dem ein Zuwachs der Stromspeichermenge der Sekundärbatterie auf Grund eines zurückgewonnenen elektrischen Stroms erwartet werden kann, kann der Ladevorgang, im Vergleich zu einem Fall, in dem kein Zuwachs erwartet wird, eingeschränkt werden. Dies ermöglicht es, eine Verfügungsmenge des zurückgewonnenen elektrischen Stroms auf Grund von Sättigung der Sekundärbatterie zu einem Zeitpunkt, zu dem anschließend der zurückgewonnene elektrische Strom zurückgewonnen wird, zu reduzieren, was es ermöglicht, die Rückgewinnungseffizienz der kinetischen Energie zu verbessern. Ferner ist es, in einem Fall, in dem ein Zuwachs der Stromspeichermenge der Sekundärbatterie auf Grund des zurückgewonnenen elektrischen Stroms zu erwarten ist, möglich, die Sekundärbatterie wirksamer zu entladen im Vergleich zu einem Fall, in dem kein Zuwachs erwartet wird. Hierbei ist es, in einem Fall, in dem diese Konfiguration in einem Brennstoffzellenfahrzeug oder einem Hybridfahrzeug angewendet wird, möglich, eine Stromerzeugungsmenge der Brennstoffzelle oder eines Motors einzuschränken, und eine Verbesserung der Brennstoffeffizienz zu erreichen, wenn eine elektrische Stromzufuhrmenge von der Sekundärbatterie zu dem Motor erhöht wird. Ferner kann, da es gemäß dieser Konfiguration nicht nötig ist den Regelungsbereich zwischen der Höchstmenge und der Mindestmenge der Stromspeichermenge zu ändern, eine Steuerung auf einfachere Weise ausgeführt werden als in einem Fall, in dem der Regelungsbereich geändert wird. Ferner kann, da der Regelungsbereich zwischen der Höchstmenge und der Mindestmenge der Stromspeichermenge nicht geändert werden muss, ein bestehendes Kennfeld als Steuerkennfeld für das Laden und Entladen verwendet werden. Gemäß dieser Konfiguration ist es zudem möglich, anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit die erwartete Stromspeicherzuwachsmenge der Sekundärbatterie zu dem Zeitpunkt, zu dem die kinetische Energie des Fahrzeugs zurückgewonnen wird, zu schätzen. Ferner ist es anhand der virtuellen Speichermenge möglich, das Laden und Entladen der Sekundärbatterie auf einfache Weise auszuführen.
(2) In dem Fahrzeug gemäß dem vorstehenden Aspekt, kann der Steuerabschnitt so konfiguriert sein, dass er feststellt, ob die geschätzte erwartete Stromspeicherzuwachsmenge größer ist als eine vorgegebene Höchstmenge der erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge oder nicht, und wenn die geschätzte erwartete Stromspeicherzuwachsmenge größer ist als eine vorgegebene Höchstmenge der erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge, kann der Steuerabschnitt so konfiguriert sein, dass er die virtuelle Stromspeichermenge aus der Gesamtsumme der Höchstmenge der erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge und der tatsächlichen Stromspeichermenge errechnet. Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, eine übermäßige SOC-Abnahme und Verschlechterung der Sekundärbatterieleistung auf Grund einer Abweichung zwischen der erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge und einer tatsächlich erzielten Zuwachsmenge der Stromspeichermenge auf Grund einer Energierückgewinnung einzuschränken.
(3) Das Fahrzeug gemäß dem vorstehenden Aspekt, kann ferner einen Stromerzeugungsabschnitt umfassen, der in der Lage ist, dem Motor und der Sekundärbatterie einen elektrischen Strom zuzuführen, und der Steuerabschnitt kann so konfiguriert sein, dass er das Laden der Sekundärbatterie mit Hilfe des Stromerzeugungsabschnitts ausführt, und eine Steuerung des jeweiligen elektrischen Stroms ausführt, die dem Motor von der Sekundärbatterie und dem Stromerzeugungsabschnitt zugeführt werden. Gemäß diesem Aspekt ist es möglich, das Laden und Entladen der Sekundärbatterie auf einfache Weise auszuführen.
(4) Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, liegt ein Steuerverfahren zum Laden und Entladen einer in dem Fahrzeug angeordneten Sekundärbatterie vor. Das Steuerverfahren ist so konfiguriert, dass es ausführt: Ermitteln einer Stromspeichermenge der Sekundärbatterie; Ermitteln einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs; Schätzen, unter Verwendung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, einen elektrischen Strom, der zu einem Zeitpunkt erzielt wird, zu dem die kinetische Energie des Fahrzeugs, die der erfassten Geschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht, zurückgewonnen wird, als zurückgewonnenen elektrischen Stroms, den das Fahrzeug erzielt; Ermitteln einer Temperatur der Sekundärbatterie; Schätzen einer erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge entsprechend einer Zuwachsmenge der Stromspeichermenge der Sekundärbatterie zu einem Zeitpunkt, zu dem der geschätzte zurückgewonnene elektrische Strom der Sekundärbatterie zugeführt wird, unter Verwendung einer Formel, die einen Höchstlademengenwert, um die Ladekapazität der Sekundärbatterie zu steuern, die sich je nach Temperatur der Sekundärbatterie ändert, und den geschätzten elektrischen Strom umfasst; Errechnen einer virtuellen Stromspeichermenge aus einer Gesamtsumme einer ermittelten tatsächlichen Stromspeichermenge und der geschätzten erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge; und Ausführen des Ladens und Entladens der Sekundärbatterie anhand der virtuellen Stromspeichermenge, so dass die virtuelle Stromspeichermenge zwischen einer vorgegebenen Höchstmenge und einer vorgegebenen Mindestmenge der virtuellen Stromspeichermenge gehalten wird. Gemäß dieser Konfiguration kann das Steuern des Ladens und Entladens der Sekundärbatterie unter Berücksichtigung der erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge der Sekundärbatterie zu einem Zeitpunkt, zu dem die kinetische Energie des Fahrzeugs zurückgewonnen wird, ausgeführt werden, wodurch es möglich ist, die Rückgewinnungseffizienz der kinetischen Energie zu verbessern. Ferner ist es, in einem Fall, in dem diese Konfiguration in einem Brennstoffzellenfahrzeug oder einem Hybridfahrzeug angewendet wird, möglich, eine Verbesserung der Brennstoffeffizienz zu erreichen. Ferner kann, gemäß dieser Konfiguration, die Steuerung auf einfachere Weise ausgeführt werden als in einem Fall, in dem der Regelungsbereich der Stromspeichermenge geändert werden muss, und ein bestehendes Kennfeld kann als Steuerkennfeld für das Laden und Entladen verwendet werden.
Es gilt zu beachten, dass die Erfindung gemäß verschiedener Aspekte realisiert werden kann. Die Erfindung kann beispielsweise in Form einer Steuereinheit einer Sekundärbatterie, die in Fahrzeugen, wie einem Brennstoffzellenfahrzeug, einem Hybridfahrzeug und einem Elektrofahrzeug angeordnet ist, realisiert werden.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile und technische sowie industrielle Bedeutung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die zugehörigen Abbildungen beschrieben, in denen gleiche Nummerierungen gleiche Elemente bezeichnen und worin:

1 eine schematische Darstellung ist, die eine Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs in einer ersten Ausführungsform zeigt;
2 ein Flussdiagramm ist, das eine SOC-Korrektur-Steuerung durch eine Steuereinheit beschreibt;
3 eine Darstellung ist, die ein SOC-Korrektur-Steuerkennfeld beschreibt;
4 eine Darstellung ist, die ein Sekundärbatterie-Hilfskennfeld beschreibt;
5 eine erklärende Darstellung ist, die einen Zusammenhang zwischen einer Stromerzeugungseffizienz und einer Ausgangsspannung in einer Brennstoffzelle beispielhaft beschreibt;
6 eine Darstellung ist, die ein SOC-Korrektur-Steuerkennfeld gemäß einer zweiten Ausführungsform beschreibt;
7 eine Darstellung ist, die ein Sekundärbatterie-Hilfskennfeld gemäß der zweiten Ausführungsform beschreibt; und
8 eine Darstellung ist, die ein SOC-Korrektur-Steuerkennfeld einer Abwandlungsform beschreibt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
A. Erste Ausführungsform:
1 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs 10 in der ersten Ausführungsform zeigt. Das Brennstoffzellenfahrzeug 10 umfasst eine Brennstoffzelle 110, einen Brennstoffzellen (FC)-Hochsetzsteller 120, eine Leistungssteuereinheit (PCU) 130, einen Motor 136, einen Luftkompressor (ACP) 138, einen Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsabschnitt 139, eine Sekundärbatterie 140, einen SOC-Erfassungsabschnitt 142, eine Brennstoffzellen(FC)-Hilfsvorrichtung 150, eine Luftkühlungsvorrichtung 160, eine Steuereinheit 180, und ein Fahrzeugrad WL. Das Brennstoffzellenfahrzeug 10 bewegt sich durch Antrieb des Motors 136 mittels elektrischen Stroms, der von der Brennstoffzelle 110 und der Sekundärbatterie 140 zugeführt wird, fort.
Die Brennstoffzelle 110 ist eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle, die so konfiguriert ist, dass sie bei Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff als Reaktionsgase elektrischen Strom zu erzeugen. Es gilt zu beachten, dass die Brennstoffzelle 110 nicht auf die Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle beschränkt ist, sondern dass verschiedene Arten von Brennstoffzellen als Brennstoffzelle 110 eingesetzt werden können. Die Brennstoffzelle 110 ist mit Hochspannungs-Gleichstrom-Kabeln DCH mittels des FC - Hochsetzstellers 120 verbunden und ist mittels der Hochspannungs-Gleichstrom-Kabel DCH mit einem Motorantrieb 132, der Teil der PCU 130 ist, verbunden. Der FC-Hochsetzsteller 120 setzt eine Ausgangsspannung VFC der Brennstoffzelle 110 auf eine Hochspannung VH hoch, die für den Motorantrieb 132 nutzbar ist.
Der Motorantrieb 132 besteht aus einer Drei-Phasen-Inverter-Schaltung und ist mit dem Motor 136 verbunden. Der Motorantrieb 132 wandelt eine elektrische Stromleistung der Brennstoffzelle 110 mittels des FC-Hochsetzstellers 120 und eine elektrische Stromleistung der Sekundärbatterie 140 mittels eines DC/DC-Wandlers 134 jeweils in Drei-Phasen-Wechselstrom um und führt diesen dem Motor 136 zu. Der Motor 136 besteht aus einen Synchronmotor mit einer dreiphasigen Spule und treibt das Fahrzeugrad WL mittels eines Getriebes oder dergleichen an. Ferner fungiert der Motor 136 als ein Generator, der einen zurückgewonnenen elektrischen Strom erzeugt durch Zurückgewinnen einer kinetischen Energie des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 bei einem Bremsvorgang des Brennstoffzellenfahrzeugs 10. Der Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsabschnitt 139 ermittelt eine Fahrzeuggeschwindigkeit Vve des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 und übermittelt diese an die Steuereinheit 180.
Der DC/DC-Wandler 134 passt ein Spannungsniveau der Hochspannungs-Gleichstrom-Kabel DCH gemäß einem Fahrsignal der Steuereinheit 180 an und schaltet zwischen Lade-/Entladezustand der Sekundärbatterie 140. Es gilt zu beachten, dass in einem Fall, in dem ein zurückgewonnener elektrischer Strom von dem Motor 136 erzeugt wird, der zurückgewonnene elektrische Strom durch den Motorantrieb 132 in einen Gleichstrom umgewandelt wird und der Sekundärbatterie 140 mittels des DC/DC-Wandlers 134 zugeführt wird.
Eine ACP-Antriebseinheit 137 besteht aus einer Drei-Phasen-Inverter-Schaltung und ist mit dem Luftkompressor (ACP) 138 verbunden. Die ACP-Antriebseinheit wandelt eine elektrische Stromleistung der Brennstoffzelle 110 mittels des FC-Hochsetzstellers 120 und eine elektrische Stromleistung der Sekundärbatterie 140 mittels des DC/DC-Wandlers jeweils in Drei-Phasen-Wechselstrom um und führt diesen dem ACP 138 zu. Der ACP 138 besteht aus einem Synchronmotor mit einer dreiphasigen Spule und treibt den Motor mittels eines ihm zugeführten elektrischen Stroms an, um der Brennstoffzelle 110 Sauerstoff (Luft) zur Stromerzeugung zuzuführen.
Die Sekundärbatterie 140 ist ein Energiespeichersystem, das elektrischen Strom speichern kann und das Laden und Entladen wiederholt ausführt, und beispielsweise aus einem Lithium-Ionen-Akkumulator bestehen kann. Es gilt zu beachten, dass die Sekundärbatterie 140 auch eine andere Art von Akku sein kann, wie ein Blei-Akku, ein Nickel-Cadmium-Akku und ein Metall-Hydrid-Akku. Die Sekundärbatterie 140 ist mittels Niederspannungs-Gleichstrom-Kabeln DCL mit dem DC/DC-Wandler 134, der Teil der PCU ist, verbunden und ist ferner mittels des DC/DC-Wandlers 134 mit den Hochspannungs-Gleichstrom-Kabeln DCH verbunden.
Der SOC-Erfassungsabschnitt 142 ermittelt eine Stromspeichermenge (SOC) der Sekundärbatterie 140 und übermittelt diese an die Steuereinheit 180. Es gilt zu beachten, dass die „Stromspeichermenge (SOC)“ in der vorliegenden Spezifikation ein Verhältnis einer restlichen Lademenge zu einer momentanen Ladekapazität der Sekundärbatterie 140 angibt. Nachfolgend wird hierin diese Stromspeichermenge (SOC) der Sekundärbatterie 140, die von dem SOC-Erfassungsabschnitt 142 ermittelt wird, auch als „Stromspeichermenge Rsoc“ bezeichnet. Der SOC-Erfassungsabschnitt 142 ermittelt eine Temperatur Tba, eine Ausgangsspannung und einen Ausgangsstrom der Sekundärbatterie 140 und ermittelt anhand dieser ermittelten Werte eine Stromspeichermenge Rsoc. Es gilt zu beachten, dass der SOC-Erfassungsabschnitt 142 der vorliegenden Ausführungsform ebenso die Temperatur Tba der Sekundärbatterie 140 an die Steuereinheit 180 übermittelt.
Die Brennstoffzellen(FC)-Hilfsvorrichtung 150 und die Luftkühlungsvorrichtung 160 sind jeweils mit den Niederspannungs-Gleichstrom-Kabeln DCL verbunden und werden durch elektrischen Strom der Brennstoffzelle 110 und der Sekundärbatterie 140 angetrieben. Die FC-Hilfsvorrichtung 150 ist eine Hilfsvorrichtung zur Stromerzeugung der Brennstoffzelle 110, wie eine Brennstoffpumpe zur Zufuhr von Reaktionsgas zu der Brennstoffzelle 110 und eine Kühlpumpe zur Zufuhr von Kühlmittel zu der Brennstoffzelle 110. Die Luftkühlungsvorrichtung 160 ist eine Luftkühlungseinheit, wie eine Luftkühler bzw. eine Klimaanlage.
Die Steuereinheit 180 besteht aus einem Mikrocomputer mit einer Zentraleinheit und einem Hauptspeicher. Wenn die Steuereinheit 180 einen Vorgang erfasst, wie eine Gaspedalbetätigung durch einen Fahrer, steuert die Steuereinheit 180 die Stromerzeugung der Brennstoffzelle 110 und das Laden und Entladen der Sekundärbatterie 140 gemäß dem Inhalt des Vorgangs. Die Steuereinheit 180 generiert Fahrsignale entsprechend einem Gaspedalöffnungsgrad und übermittelt diese jeweils an den Motorantrieb 132 und den DC/DC-Wandler 134. Der Motorantrieb 132 treibt den Motor 136 gemäß dem Gaspedalöffnungsgrad drehend an, indem er eine Impulsbreite einer Wechselspannung in Reaktion auf das Fahrsignal der Steuereinheit 180 anpasst. Die Steuereinheit 180 umfasst ein Sekundärbatterie-Hilfskennfeld, das ein Verhältnis zwischen einem Sekundärbatterie-Hilfskennwert und einer Stromspeichermenge (SOC) der Sekundärbatterie 140 angibt, und ein Kennfeld, das ein Verhältnis zwischen einer Bedarfs-Hochspannungs-Strommenge und einer Sekundärbatterie-Leistung angibt, und das weiterhin eine Leistungsverteilung angibt, die Systemverluste minimiert. Hinsichtlich eines benötigten elektrischen Stroms (eine Bedarfsstrommenge) um den Motor 136 gemäß einem Gaspedalöffnungsgrad drehend anzutreiben, bestimmt die Steuereinheit 180 eine Leistung der Sekundärbatterie aus der Summe eines Sekundärbatterie-Hilfskennwerts, der mit Hilfe des Sekundärbatterie-Hilfskennfelds errechnet wird, und einer Sekundärbatterie-Leistung, die mit Hilfe des Kennfelds (ein Bedarfs-Hochspannungs-Strommengen-Kennfeld und ein Sekundärbatterie-Leistungs-Kennfeld) errechnet wird. Eine Gestaltung des Sekundärbatterie-Hilfskennfelds wird zu einem späteren Zeitpunkt beschrieben.
Die Steuereinheit 180 erfasst eine Stromspeichermenge Rsoc, die von dem SOC-Erfassungsabschnitt 142 bestimmt wurde und steuert das Laden und Entladen der Sekundärbatterie 140, so dass eine Stromspeichermenge der Sekundärbatterie 140, gemäß der erfassten Stromspeichermenge Rsoc, in einen vorgegebenen Mengenbereich fällt. Ein Steuervorgang des Ladens und Entladens der Sekundärbatterie 140 durch die Steuereinheit 180 gemäß eines erfassten SOC-Wertes wird als ein „SOC-Korrektur-Steuerung“ benannt. Wenn ein SOC-Regelkreislauf gestartet wird, bestimmt die Steuereinheit 180 im Vorhinein eine Höchstmenge und eine Mindestmenge als einen Referenzwert, der einen zulässigen Mengenbereich der Stromspeichermenge der Sekundärbatterie 140 vorschreibt. Die Steuereinheit 180 umfasst ein SOC-Korrektur-Steuerkennfeld, das ein Verhältnis zwischen einer Stromspeichermenge (SOC) der Sekundärbatterie 140 und einer Lade-/Entlademenge, die benötigt wird, damit die Stromspeichermenge der Sekundärbatterie 140 in einem vorgegebenen Mengenbereich liegt, anzeigt, und bestimmt mit Hilfe des Kennfelds eine Lade-/Entlademenge der Sekundärbatterie 140. Eine Gestaltung des SOC-Korrektur-Kennfelds wird zu einem späteren Zeitpunkt beschrieben.
2 ist ein Flussdiagramm, das eine SOC-Korrektur-Steuerung durch die Steuereinheit 180 beschreibt. Wenn die Steuereinheit 180 einen bestimmten Vorgang, wie Zündung AN durch einen Fahrer erfasst, startet die Steuereinheit 180 eine SOC-Korrektur-Steuerung. Zunächst erfasst die Steuereinheit 180 eine Fahrzeuggeschwindigkeit Vve von dem Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsabschnitt 139 und erfasst eine Stromspeichermenge Rsoc der Sekundärbatterie 140 von dem SOC-Erfassungsabschnitt 142 (Schritt S 110). Zu diesem Zeitpunkt erfasst die Steuereinheit 180 dieser Ausführungsform auch eine Temperatur Tba der Sekundärbatterie 140 von dem SOC-Erfassungsabschnitt 142.
Nachdem zumindest die Fahrzeuggeschwindigkeit Vve erfasst ist, schätzt die Steuereinheit 180 eine erwartete Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc (Schritt S 120). Die erwartete Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc entspricht einer Zuwachsmenge der Stromspeichermenge Rsoc zu dem Zeitpunkt, zu dem ein durch einen Bremsvorgang des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 bei Fahrzeuggeschwindigkeit Vve, der von dem Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor 139 erfasst wird, erhaltene zurückgewonnene elektrische Strom der Sekundärbatterie 140 zugeführt wird. In anderen Worten ist die erwartete Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc eine erwartete Zuwachsmenge der Stromspeichermenge Rsoc zu dem Zeitpunkt, zu dem diese kinetische Energie des Brennstoffzellenfahrzeugs 10, die der Fahrzeuggeschwindigkeit Vve entspricht, von dem Motor 136 erzeugt wird. Daher fungiert die Steuereinheit 180 auch als ein Rückgewinnungsmengen-Schätzabschnitt, der einen zurückgewonnenen Strom schätzt, der dem Brennstoffzellenfahrzeug 10 zugeführt werden soll. Es gilt zu beachten, dass wenn ein Mengenabfall ab diesem Zeitpunkt gemäß der Steuerinformationen anhält, die Steuereinheit 180 in der Funktion als Rückgewinnungsmengen-Schätzabschnitt beispielsweise anhand der Informationen einen zurückgewonnenen elektrischen Strom schätzen kann, der dem Brennstoffzellenfahrzeug 10 zugeführt werden soll.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die erwartete Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc mit Hilfe der Fahrzeuggeschwindigkeit Vve gemäß der Formel (1) wie folgt berechnet: $Δ C s o c = 0,5 \cdot W v e \cdot {(V v e)}^{2} \cdot E r c \cdot E t r \cdot E c h \cdot U c o \cdot W i n$
Wve gibt hier ein Gewicht des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 an. Erc·Etr·Ech gibt die Energieeffizienz bis eine kinetische Energie des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 in einen elektrischen Strom (einen zurückgewonnenen elektrischen Strom) umgewandelt wird, der in der Sekundärbatterie 140 gespeichert wird, an und steht als vorgegebener Wert fest. Erc gibt die Effizienz (Rückgewinnungseffizienz) zu dem Zeitpunkt, zu dem eine kinetische Energie im Motor 136 in einen zurückgewonnenen Strom umgewandelt wird, an. Etr gibt die Effizienz zu dem Zeitpunkt, zu dem ein vom Motor 136 zurückgewonnener elektrischer Strom durch den Motorantrieb 132 und den DC/DC-Wandler 134 fließt, an. Ech gibt die Effizienz (Ladeeffizienz) zu dem Zeitpunkt, zu dem die Sekundärbatterie 140 durch zurückgewonnenen Strom geladen wird, an. Uco ist ein Koeffizient (ein Einheitenumrechnungs-Koeffizient), der einen in der Sekundärbatterie 140 gespeicherten zurückgewonnenen Stromwert in eine Stromspeichermenge (SOC) der Sekundärbatterie 140 umrechnet. Win gibt einen Höchstlademengenwert an, um die Ladekapazität der Sekundärbatterie 140 zu steuern, die sich je nach Temperatur Tba der Sekundärbatterie 140 ändert und einzig anhand der von dem SOC-Erfassungsabschnitt 142 erfassten Temperatur Tba errechnet wird. Da die Berechnungsformel für ΔCsoc·Win umfasst, kann die erwartete Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc reduziert werden, wenn die Ladekapazität der Sekundärbatterie 140 eingeschränkt ist.
Nach Schätzen der erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc, bestimmt die Steuereinheit 180, ob die erwartete Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc größer ist als die als Richtwert (Schritt S130) vorgegebene Höchstmenge Tsoc oder nicht. Die Höchstmenge Tsoc ist ein Richtwert, um eine übermäßige SOC-Abnahme und Verschlechterung der Leistung der Sekundärbatterie 140 auf Grund einer Abweichung zwischen der erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc und der tatsächlichen Zuwachsmenge der Stromspeichermenge Rsoc, die durch einen nachfolgenden Bremsvorgang erhalten wird, einzuschränken. Wenn die geschätzte erwartete Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc größer ist als die Höchstmenge Tsoc, bestimmt die Steuereinheit 180 die Höchstmenge Tsoc als Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc (Schritt S140). Dies bedeutet, dass selbst wenn eine zu dem Zeitpunkt des Bremsvorgangs des Fahrzeugs tatsächlich zurückgewonnene Energiemenge bedeutend geringer ist als eine erwartete Menge, die Stromspeichermenge Rsoc kaum unter eine zulässige Untergrenze der Stromspeichermenge fallen kann. Hierdurch kann die Sekundärbatterie 140 geschützt werden.
Nach Schätzen der erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc, errechnet die Steuereinheit 180 mit Hilfe der erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc und der Stromspeichermenge Rsoc eine virtuelle Stromspeichermenge Vsoc (Schritt S 150). Die virtuelle Stromspeichermenge Vsoc ist eine virtuelle Stromspeichermenge der Sekundärbatterie 140, die erhalten wird, indem diese kinetische Energie des Brennstoffzellenfahrzeugs 10, die als zukünftig zurückgewonnene Energie erwartet wird, mittels einer tatsächlichen Stromspeichermenge Rsoc der Sekundärbatterie 140 geschätzt wird. Die virtuelle Stromspeichermenge Vsoc wird gemäß der Formel (2) wie folgt berechnet: $V s o c = R s o c + Δ C s o s$
Die Steuereinheit 180 bestimmt, ob das Laden oder Entladen der Sekundärbatterie 140 ausgeführt wird, indem sie die errechnete virtuelle Stromspeichermenge Vsoc auf das SOC-Korrektur-Steuerkennfeld anwendet und darüber hinaus in einem Fall, in dem das Laden und Entladen ausgeführt wird, eine Lade-/Entlademenge bestimmt. Genauer genommen bestimmt die Steuereinheit 180 zunächst, ob die virtuelle Stromspeichermenge Vsoc der Formel (3) wie folgt entspricht oder nicht, d.h. bestimmt, ob die virtuelle Stromspeichermenge Vsoc zwischen einer Höchstmenge Uth und einer Mindestmenge Dth der Stromspeichermenge liegt oder nicht (Schritt S160). $U t h \geq V s o c \geq D t h$
Wenn die virtuelle Stromspeichermenge Vsoc zwischen der Höchstmenge Uth und der Mindestmenge Dth liegt, bewegt sich die virtuelle Stromspeichermenge in Nähe eines Zielwerts der Stromspeichermenge, so dass die Steuereinheit 180 kein Laden oder Entladen der Sekundärbatterie 140 zur Anpassung der Stromspeichermenge der Sekundärbatterie 140 ausführt. Die Steuereinheit 180 führt anschließend erneut einen Prozess des Schritts S110 aus. Wenn die virtuelle Stromspeichermenge Vsoc jedoch nicht zwischen der Höchstmenge Uth und der Mindestmenge Dth liegt, führt die Steuereinheit 180 das Laden und Entladen der Sekundärbatterie 140 aus, so dass die virtuelle Stromspeichermenge Vsoc sich dem Zielwert der Stromspeichermenge annähert (Schritt S170). Eine Lade-/Entlademenge der Sekundärbatterie 140 wird anhand der virtuellen Stromspeichermenge Vsoc und dem SOC-Korrektur-Steuerkennfeld bestimmt. Anschließend führt die Steuereinheit 180 den Prozess des Schritts S110 erneut aus. Dementsprechend führt die Steuereinheit 180 jeden Prozess in 2 wiederholt aus und führt dabei das Laden und Entladen der Sekundärbatterie 140 aus, so dass die virtuelle Stromspeichermenge Vsoc zwischen einer Höchstmenge Uth und einer Mindestmenge Dth gehalten wird.
3 ist eine Darstellung, die ein SOC-Korrektur-Steuerkennfeld beschreibt. Das SOC-Korrektur-Steuerkennfeld stellt ein Verhältnis zwischen einer Stromspeichermenge (SOC) der Sekundärbatterie 140 und einer Lade-/Entlademenge der Sekundärbatterie 140 zur SOC-Korrektur dar. Eine horizontale Achse in 3 stellt die Stromspeichermenge (SOC) der Sekundärbatterie 140 dar und eine vertikale Achse stellt die Lade-/Entlademenge der Sekundärbatterie 140 dar. Ferner veranschaulicht 3 eine tatsächliche Stromspeichermenge Rsoc der Sekundärbatterie 140 und eine errechnete virtuelle Stromspeichermenge Vsoc.
Die Steuereinheit 180 steuert das Laden und Entladen der Sekundärbatterie 140 anhand einer Position der virtuellen Stromspeichermenge Vsoc in dem SOC-Korrektur-Steuerkennfeld. In 3 liegt die virtuelle Stromspeichermenge Vsoc zwischen einer Höchstmenge Uth und einer Mindestmenge Dth, so dass die Steuereinheit 180 das Laden und Entladen der Sekundärbatterie 140 nicht ausführt. In einem Fall jedoch, in dem ein Steuern des Ladens und Entladens der Sekundärbatterie 140 anhand der tatsächlichen Stromspeichermenge Rsoc ausführt wird, wie in einem konventionellen Verfahren, ist die Stromspeichermenge Rsoc geringer als die Mindestmenge Dth, so dass das Laden der Sekundärbatterie 140 ausgeführt wird. Daher kann, in einem Fall, in dem ein Zuwachs der Stromspeichermenge der Sekundärbatterie 140 durch einen zurückgewonnenen elektrischen Stromdurch das Ausführen des Steuern anhand der virtuellen Stromspeichermenge Vsoc erwartetet werden kann, das Laden der Sekundärbatterie 140 eingeschränkt werden im Vergleich zu einem Fall, in dem der Zuwachs nicht erwartet werden kann. Dies ermöglicht es, eine unnötige Stromerzeugung der Brennstoffzelle 110 einzuschränken und die Brennstoffeffizienz zu verbessern. Ferner ermöglicht dies es, Fälle zu reduzieren, in denen die SOC auf Grund von unnötiger Stromerzeugung zunimmt zu dem Zeitpunkt, zu dem anschließend ein zurückgewonnener elektrischer Strom zugeführt wird und sich die SOC einer Entlade-Seite (eine rechte Seite in 3) entgegenbewegt, so dass gemäß der effizienten Energieverteilung keine Leistung der Sekundärbatterie 140 zugeführt wird, wodurch die Brennstoffeffizienz abnimmt. Ferner ist es, in einem Fall, in dem ein Zuwachs der Stromspeichermenge der Sekundärbatterie durch einen zurückgewonnenen elektrischen Strom erwartet werden kann, möglich, die Sekundärbatterie 140 wirksamer zu entladen. Hierdurch ist es durch Erhöhen einer Zufuhrmenge elektrischen Stroms von der Sekundärbatterie 140 zum Motor 136 möglich, eine Stromerzeugungsmenge der Brennstoffzelle 110 einzuschränken und eine Verbesserung der Brennstoffeffizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 zu erreichen.
4 ist eine Darstellung, die das Sekundärbatterie-Hilfskennfeld beschreibt. Das Sekundärbatterie-Hilfskennfeld stellt ein Verhältnis zwischen einer Stromspeichermenge (SOC) der Sekundärbatterie 140 und einem Sekundärbatterie-Hilfskennwert dar. Eine Leistung der Sekundärbatterie 140 wird durch eine Summe eines Sekundärbatterie-Hilfskennwerts und einer Sekundärbatterie-Leistung von einem Bedarfs-Hochspannungs-Strommengen-Kennfeld und einem Sekundärbatterie-Leistungs-Kennfeld bestimmt. Wenn beispielsweise der Sekundärbatterie-Hilfskennwert 0% beträgt, bedeutet dies, dass dem Motor 136 nur von der Brennstoffzelle 110 ein elektrischer Strom zugeführt wird. Eine horizontale Achse in 4 stellt die Stromspeichermenge (SOC) der Sekundärbatterie 140 dar und eine vertikale Achse stellt den Sekundärbatterie-Hilfskennwert dar. Ferner veranschaulicht 4 eine tatsächliche Stromspeichermenge Rsoc der Sekundärbatterie 140 und eine errechnete virtuelle Stromspeichermenge Vsoc, ebenso wird ein SOC-Korrektur-Steuerkennfeld anhand einer gestrichelten Linie veranschaulicht.
Die Steuereinheit 180 bestimmt den Sekundärbatterie-Hilfskennwert anhand einer Position der virtuellen Stromspeichermenge Vsoc in dem Sekundärbatterie-Hilfskennfeld. Das heißt, dass der Sekundärbatterie-Hilfskennwert in 4, gemäß einer Position der virtuellen Stromspeichermenge Vsoc, bei 100% liegt. Das heißt, ein elektrischer Strom wird dem Motor 136 nur von der Sekundärbatterie 140 zugeführt und kein elektrischer Strom wird dem Motor 136 von der Brennstoffzelle 110 zugeführt. In einem Fall jedoch, in dem der Sekundärbatterie-Hilfskennwert anhand der tatsächlichen Stromspeichermenge Rsoc bestimmt wird, wie bei konventionellen Verfahren, liegt der Sekundärbatterie-Hilfskennwert in 4 bei 0%. Das heißt, eine Sekundärbatterie-Leistung, die mit Hilfe des Bedarfs-Hochspannungs-Strommengen-Kennfelds und des Sekundärbatterie-Leistungs-Kennfelds errechnet wird, wird als Leistung der Sekundärbatterie 140 bestimmt. Daher kann, in einem Fall, in dem ein Hilfskennwert anhand der virtuellen Stromspeichermenge Vsoc bestimmt wird, der Sekundärbatterie-Hilfskennwert erhöht werden, wenn ein Zuwachs der Stromspeichermenge der Sekundärbatterie 140 auf Grund eines zurückgewonnenen elektrischen Stroms erwartet werden kann, im Vergleich zu einem Fall, in dem der Zuwachs nicht erwartet werden kann. Hierdurch kann ein Mengenmissverhältnis des dem Motor 136 von der Brennstoffzelle 110 zugeführten Stroms reduziert werden, wodurch es möglich ist, eine Verbesserung der Brennstoffeffizienz zu erreichen.
5 ist eine erklärende Darstellung, die einen Zusammenhang zwischen einer Stromerzeugungseffizienz und einer Ausgangsspannung in der Brennstoffzelle 110 beispielhaft beschreibt. Die Energiegewinnungseffizienz der Brennstoffzelle 110 ist zu dem Zeitpunkt einer Ausgangsspannung V1 mit relativ geringer Auslastung am größten und mit der Lastzunahme, die ab diesem Punkt steigt, verringert sich die Stromerzeugungseffizienz. Indem der Hilfskennwert der Sekundärbatterie 140 hinsichtlich einer BedarfsStrommenge des Motors 136 erhöht wird, wird die Last der Brennstoffzelle 110 reduziert, wodurch die Brennstoffzelle 110 mit hohem Wirkungsgrad arbeiten kann. Dies ermöglicht eine Verbesserung der Brennstoffeffizienz der Brennstoffzelle 110.
Gemäß dem Brennstoffzellenfahrzeug 10 der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform, kann ein Steuern des Ladens und Entladens der Sekundärbatterie 140 unter Berücksichtigung der erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc der Sekundärbatterie 140 zu dem Zeitpunkt, zu dem eine kinetische Energie des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 zurückgewonnen wird, ausgeführt werden, wodurch es möglich ist, die Rückgewinnungseffizienz der kinetischen Energie zu verbessern. Wie beispielsweise aus 3 ersichtlich, ist in einem Fall, in dem ein Zuwachs der Stromspeichermenge der Sekundärbatterie 140 auf Grund eines zurückgewonnenen elektrischen Stroms erwartet werden kann (erwartete Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc >> 0), das Laden durch die Stromerzeugung der Brennstoffzelle 110 eingeschränkt, im Vergleich zu einem Fall, in dem der Zuwachs nicht erwartet werden kann (erwartete Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc = 0). Dies ermöglicht eine Einschränkung des Wasserstoffverbrauchs auf Grund von unnötiger Stromerzeugung, wodurch es möglich ist, die verfügbare Menge eines elektrischen Stroms auf Grund von Sättigung der Sekundärbatterie 140, zu dem Zeitpunkt, zu dem anschließend der zurückgewonnene elektrische Strom zugeführt wird, zu reduzieren. Das heißt, dass es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich ist, eine Lade-/Entlademenge mit der Stromspeichermenge Rsoc der Sekundärbatterie 140, die innerhalb eines vorgegebenen Bereichs gehalten wird, zu erhöhen. Ferner lässt sich eine Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform, in der das Laden und Entladen anhand der durch die Stromspeichermenge Rsoc der Sekundärbatterie 140 errechneten virtuellen Stromspeichermenge Vsoc ausgeführt wird, leichter steuern als eine Konfiguration, in der eine Regelungsbereich zwischen der Höchstmenge Uth und der Mindestmenge Dth des SOC-Korrektur-Steuerkennfelds geändert wird, so dass eine Vereinfachung der Steuerung erreicht werden kann. Ferner kann in der vorliegenden Ausführungsform ein bestehendes Kennfeld als SOC-Korrektur-Steuerkennfeld verwendet werden, da der Regelungsbereich zwischen der Höchstmenge Uth und der Mindestmenge Dth nicht geändert wird.
B. Zweite Ausführungsform:
6 ist eine Darstellung, die ein SOC-Korrektur-Steuerkennfeld gemäß einer zweiten Ausführungsform beschreibt. In der ersten Ausführungsform errechnet die Steuereinheit 180 anhand einer tatsächlichen Stromspeichermenge Rsoc der Sekundärbatterie 140 eine virtuelle Stromspeichermenge Vsoc und führt ein Steuern des Ladens und Entladens der Sekundärbatterie 140 durch Anwenden der errechneten virtuellen Stromspeichermenge Vsoc auf das SOC-Korrektur-Steuerkennfeld aus. Bei einer Steuereinheit 180 der zweiten Ausführungsform korrigiert die Steuereinheit 180, nach Schätzen einer erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc gemäß Formel (1), das SOC-Korrektur-Steuerkennfeld gemäß der geschätzten erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc. Genauer genommen verschiebt die Steuereinheit 180, wie in 6 dargestellt, ein Verhältnis zwischen einer Stromspeichermenge (SOC) einer Sekundärbatterie 140 und einer Lade-/Entlademenge der Sekundärbatterie 140 nur um die erwartete Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc zur SOC-Korrektur in dem SOC-Korrektur-Steuerkennfeld (hier bewegt die Steuereinheit 180 das Verhältnis der linken Seite entgegen), um ein neues SOC-Korrektur-Steuerkennfeld zu erstellen. Die Steuereinheit 180 führt ein Steuern des Ladens und Entladens der Sekundärbatterie 140 aus, indem sie eine erfasste tatsächliche Stromspeichermenge Rsoc auf das neu erstellte SOC-Korrektur-Steuerkennfeld anwendet.
7 ist eine Darstellung, die ein Sekundärbatterie-Hilfskennfeld gemäß der zweiten Ausführungsform beschreibt. Ähnlich wie bei dem SOC-Korrektur-Steuerkennfeld der zweiten Ausführung, korrigiert die Steuereinheit 180 das Sekundärbatterie-Hilfskennfeld gemäß einer geschätzten erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc. Genauer genommen verschiebt die Steuereinheit 180, wie in 7 dargestellt, ein Verhältnis zwischen einer Stromspeichermenge (SOC) einer Sekundärbatterie 140 und einem Sekundärbatterie-Hilfskennwert in dem Sekundärbatterie-Hilfskennfeld (hier bewegt die Steuereinheit 180 das Verhältnis der linken Seite entgegen) nur um die erwartete Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc, um ein neues Sekundärbatterie-Hilfskennfeld zu erstellen. Die Steuereinheit 180 bestimmt einen Hilfskennwert der Sekundärbatterie 140, indem sie eine erfasste tatsächliche Stromspeichermenge Rsoc auf das neu erstellte Sekundärbatterie-Hilfskennfeld anwendet.
Selbst bei einer solchen Konfiguration kann ein Steuern des Ladens und Entladens der Sekundärbatterie 140 unter Berücksichtigung des erwarteten Stromspeicherzuwachses ΔCsoc der Sekundärbatterie 140 zu dem Zeitpunkt, zu dem eine kinetische Energie des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 zurückgewonnen wird, ausgeführt werden, wodurch es möglich ist, die Rückgewinnungseffizienz der kinetischen Energie zu verbessern. Dies ist dadurch begründet, dass in einem Fall, in dem ein Zuwachs der Stromspeichermenge der Sekundärbatterie 140 auf Grund eines zurückgewonnenen elektrischen Stroms erwartet werden kann, das Laden durch den erzeugten Strom der Brennstoffzelle 110 eingeschränkt ist. Ferner kann die Sekundärbatterie wirksamer entladen werden, so dass es möglich ist, eine elektrische Stromzufuhrmenge von der Sekundärbatterie 140 zum Motor 136 zu erhöhen. Dies ermöglicht es, eine Stromerzeugungsmenge der Brennstoffzelle 110 einzuschränken und die Brennstoffeffizienz zu verbessern.
C. Abänderungen:
Es gilt zu beachten, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und oben beschriebenen Beispiele beschränkt ist, und in verschiedenen Abänderungen innerhalb eines Bereichs, der nicht von dem Hauptinhalt der Erfindung abweicht, Anwendung finden kann. Die folgenden Abänderungen können beispielsweise angewendet werden.
C-1. Abänderung 1:
Die vorliegende Ausführungsform ist als Brennstoffzellenfahrzeug 10 realisiert, die Erfindung ist jedoch ebenso auf ein Fahrzeug anwendbar, das keine Brennstoffzelle hat. Die Erfindung ist beispielsweise auch auf ein Hybridfahrzeug anwendbar. Selbst in diesem Fall kann ein Steuern des Ladens und Entladens einer Sekundärbatterie unter Berücksichtigung einer erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc der Sekundärbatterie zu dem Zeitpunkt, zu dem eine kinetische Energie des Hybridfahrzeugs zurückgewonnen wird, ausgeführt werden, wodurch es möglich ist, die Rückgewinnungseffizienz der kinetischen Energie zu verbessern. Ferner kann die Sekundärbatterie wirksamer entladen werden, so dass es möglich ist, eine Stromzufuhrmenge von der Sekundärbatterie zu einem Motor zu erhöhen. Dies ermöglicht ist, die Stromerzeugungsmenge eines Verbrennungsmotors einzuschränken und die Treibstoffeffizienz zu erhöhen.
C-2. Abänderung 2:
Das Brennstoffzellenfahrzeug 10 umfasst einen Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsabschnitt 139, der eine Fahrzeuggeschwindigkeit Vve erfasst. Anstelle des Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsabschnitts 139 kann das Brennstoffzellenfahrzeug 10 jedoch auch einen Erfassungsabschnitt zur Erfassung eines Parameters, der mit der Fahrzeuggeschwindigkeit Vve zusammenhängt, wie eine Umdrehungszahl des Motors 136 und eine Menge elektrischen Stroms, der dem Motor 136 zugeführt werden soll, haben. Ferner umfasst das Brennstoffzellenfahrzeug 10 die Sekundärbatterie 140. Anstelle der Sekundärbatterie 140 kann das Brennstoffzellenfahrzeug 10 jedoch auch eine Vorrichtung mit einer Funktion eine Energie elektronisch zu speichern und das Entladen auszuführen, wie ein Kondensator, ein Schwungrad, eine supraleitende Spule und einen Akkumulator haben. Ferner fungiert der Motor 136 zum Antrieb der Fahrzeugräder WL in dem Brennstoffzellenfahrzeug 10 als Generator zur Rückgewinnung einer kinetischen Energie des Brennstoffzellenfahrzeugs 10. Das Brennstoffzellenfahrzeug 10 kann jedoch auch einen vom Motor 136 separaten Generator umfassen.
C-3. Abänderung 3:
In der vorliegenden Ausführungsform errechnet die Steuereinheit 180 anhand einer Fahrzeuggeschwindigkeit Vve eine erwartete Zuwachsmenge (eine erwartete Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc) einer Stromspeichermenge Rsoc zu dem Zeitpunkt, zu dem diese kinetische Energie des Brennstoffzellenfahrzeugs 10, die der Fahrzeuggeschwindigkeit Vve entspricht, vom Motor 136 zurückgewonnen wird. Die Steuereinheit 180 kann eine erwartete Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc jedoch außer an der Fahrzeuggeschwindigkeit Vve auch anhand anderer Informationen schätzen. Wenn beispielsweise ein Mengenabfall ab diesem Zeitpunkt gemäß der Steuerinformationen anhält, kann die Steuereinheit 180 eine erwartete Stromspeicherzuwachsmenge ΔCsoc anhand der Informationen schätzen.
C-4. Abänderung 4:
8 ist eine Darstellung, die ein SOC-Korrektur-Steuerkennfeld einer Abwandlungsform beschreibt. Die erste Ausführungsform ist so beschrieben, dass die Steuereinheit 180 ein Steuern des Ladens und Entladens der Sekundärbatterie 140 ausführt, so dass eine virtuelle Stromspeichermenge Vsoc zwischen einer Höchstmenge Uth und einer Mindestmenge Dth der Stromspeichermenge liegt. Die Höchstmenge Uth und die Mindestmenge Dth der Stromspeichermenge müssen jedoch nicht in dem SOC-Korrektur-Steuerkennfeld festgelegt sein. In diesem Fall führt die Steuereinheit 180 ein Steuern des Ladens und Entladens der Sekundärbatterie 140 auf Grund einer Position der virtuellen Stromspeichermenge Vsoc aus.

Claims

Fahrzeug (10), das von einem Motor (136) angetrieben wird, wobei das Fahrzeug (10) aufweist: eine Sekundärbatterie (140), die so konfiguriert ist, dass sie dem Motor (136) einen elektrischen Strom zuführt; einen Energierückgewinnungsabschnitt (130), der so konfiguriert ist, dass er der Sekundärbatterie (140) einen zurückgewonnenen elektrischen Strom zuführt, der bei einem Bremsvorgang des Fahrzeugs (10) zurückgewonnen wird; einen Stromspeichermengenerfassungsabschnitt (142), der so konfiguriert ist, dass er eine Stromspeichermenge der Sekundärbatterie (140) erfasst; einen Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsabschnitt (139), der so konfiguriert ist, dass er eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10); einen Temperaturerfassungsabschnitt (142), der so konfiguriert ist, dass er eine Temperatur (Tba) der Sekundärbatterie (140) erfasst; und einen Steuerabschnitt (180), der so konfiguriert ist, dass er das Laden und Entladen der Sekundärbatterie (140) steuert, wobei der Steuerabschnitt (180) als zurückgewonnenen elektrischen Strom, den das Fahrzeug (10) erzielt, unter Verwendung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) einen elektrischen Strom schätzt, der zu einem Zeitpunkt erzielt wird, zu dem die kinetische Energie des Fahrzeugs (10), die der erfassten Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) entspricht, von dem Energierückgewinnungsabschnitt (130) zurückgewonnen wird, eine erwartete Stromspeicherzuwachsmenge (ΔCsoc) schätzt, die einer Zuwachsmenge der Stromspeichermenge zu einem Zeitpunkt entspricht, zu dem der geschätzte zurückgewonnene elektrische Strom der Sekundärbatterie (140) zugeführt wird, unter Verwendung einer Formel, die einen Höchstlademengenwert (Win), um die Ladekapazität der Sekundärbatterie (140) zu steuern, die sich je nach Temperatur (Tba) der Sekundärbatterie (140) ändert, und den geschätzten elektrischen Strom umfasst, eine virtuelle Stromspeichermenge (Vsoc) aus der Gesamtsumme der geschätzten erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge (ΔCsoc) und einer von dem Stromspeichermengenerfassungsabschnitt (142) erfassten tatsächlichen Stromspeichermenge (Rsoc) errechnet, und das Laden und Entladen der Sekundärbatterie (140) anhand der virtuellen Stromspeichermenge (Vsoc) ausführt, so dass die virtuelle Stromspeichermenge (Vsoc) zwischen einer vorgegebenen Höchstmenge (Uth) und einer vorgegebenen Mindestmenge (Dth) der virtuellen Stromspeichermenge (Vsoc) gehalten wird.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei: der Steuerabschnitt (180) festlegt, ob die geschätzte erwartete Stromspeicherzuwachsmenge (ΔCsoc) größer ist als die vorgegebene Höchstmenge (Uth) der erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge (ΔCsoc) oder nicht; und, wenn die geschätzte erwartete Stromspeicherzuwachsmenge (ΔCsoc) größer ist als die vorgegebene Höchstmenge (Uth) der erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge, der Steuerabschnitt (180) die virtuelle Stromspeichermenge (Vsoc) aus der Gesamtsumme der Höchstmenge (Uth) der erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge (ΔCsoc) und der tatsächlichen Stromspeichermenge (Rsoc) errechnet.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 1 oder 2, weiter einen Stromerzeugungsabschnitt (110) aufweisend, der in der Lage ist, dem Motor (136) und der Sekundärbatterie (140) einen elektrischen Strom zuzuführen, wobei der Steuerabschnitt (180) das Laden der Sekundärbatterie (140) mit Hilfe des Stromerzeugungsabschnitts (110) ausführt, und eine Steuerung der jeweiligen elektrischen Strommengen ausführt, die dem Motor (136) von der Sekundärbatterie (140) und dem Stromerzeugungsabschnitt(1 10) zugeführt werden.
Steuerverfahren zum Laden und Entladen einer Sekundärbatterie (140), die in einem Fahrzeug (10) angeordnet ist, wobei das Steuerverfahren aufweist: Ermitteln (S110) einer tatsächlichen Stromspeichermenge (Rsoc) der Sekundärbatterie (140); Ermitteln (S110) einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10); Schätzen (S120), unter Verwendung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10), eines elektrischen Stroms, der zu einem Zeitpunkt erzielt wird, zu dem die kinetische Energie des Fahrzeugs (10), die der erfassten Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) entspricht, zurückgewonnen wird, als zurückgewonnenen elektrischen Stroms, den das Fahrzeug (10) erzielt; Ermitteln (S 110) einer Temperatur (Tba) der Sekundärbatterie (140); Schätzen (S120) einer erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge, entsprechend einer Zuwachsmenge der Stromspeichermenge der Sekundärbatterie (140) zu einem Zeitpunkt, zu dem der geschätzte zurückgewonnene Strom der Sekundärbatterie (140) zugeführt wird, unter Verwendung einer Formel, die einen Höchstlademengenwert (Win), um die Ladekapazität der Sekundärbatterie (140) zu steuern, die sich je nach Temperatur (Tba) der Sekundärbatterie (140) ändert, und den geschätzten elektrischen Strom umfasst; Errechnen (S150) einer virtuellen Stromspeichermenge (Vsoc) aus einer Gesamtsumme der ermittelten tatsächlichen Stromspeichermenge (Rsoc) und der geschätzten erwarteten Stromspeicherzuwachsmenge (ΔCsoc); und Ausführen (S170) des Ladens und Entladens der Sekundärbatterie (140) anhand der virtuellen Stromspeichermenge (Vsoc), so dass die virtuelle Stromspeichermenge (Vsoc) zwischen einer vorgegebenen Höchstmenge (Uth) und einer vorgegebenen Mindestmenge (Dth) der virtuellen Stromspeichermenge (Vsoc) gehalten wird.