DE102015118809B4 - Brennstoffzellensystem, Brennstoffzellenfahrzeug und Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem - Google Patents

Brennstoffzellensystem, Brennstoffzellenfahrzeug und Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem Download PDF

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Abstract

Brennstoffzellensystem, das in einem Brennstoffzellenfahrzeug (10) befestigt ist, wobei das Brennstoffzellensystem aufweist:
eine Brennstoffzelle (100);
einen Kühlsystemkreislauf (300), der einen Kühlflüssigkeitsversorgungspfad (310) enthält, der dazu eingerichtet ist, der Brennstoffzelle (100) eine Kühlflüssigkeit zuzuführen, einen Radiator (350), der dazu eingerichtet ist, die Kühlflüssigkeit abzukühlen, einen Radiatorventilator (360) und eine Kühlflüssigkeitspumpe (370), die in dem Kühlflüssigkeitsversorgungspfad (310) angeordnet ist, um der Brennstoffzelle (100) Kühlflüssigkeit zuzuführen;
eine Steuervorrichtung (200); und
ein Geschwindigkeitsmessgerät (120), das dazu eingerichtet ist, eine Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs (10) zu erlangen, wobei
die Steuervorrichtung (200) in der Lage ist, eine erste Kühlsteuerung durchzuführen, die einen oberen Grenzwert des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators (360) gemäß der Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs (10) festlegt und eine Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370) oder das Antriebsausmaß des Radiatorventilators (360) unterhalb des oberen Grenzwerts des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators (360) reguliert, um die Brennstoffzelle (100) abzukühlen, und
wobei in der ersten Kühlsteuerung die Steuervorrichtung (200) einen Wärmefreisetzungskapazitätsbereich, der durch die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370) und das Antriebsausmaß des Radiatorventilators (360) spezifiziert ist, in zumindest zwei Abschnitte unterteilt und eines von der Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370) und dem Antriebsausmaß des Radiatorventilators (360) ändert, während gleichzeitig das andere fixiert wird, um einen Wärmefreisetzungswert in jedem der zumindest zwei Abschnitte durch minimale elektrische Leistung zu erzielen.

Description

  • HINTERGRUND
  • FACHGEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, ein Brennstoffzellenfahrzeug und ein Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem.
  • VERWANDTER STAND DER TECHNIK
  • Ein in JP 2009-140696 A offenbartes Brennstoffzellensystem enthält eine Brennstoffzelle, einen Kühlmittelströmungspfad, der dazu eingerichtet ist, ein Kühlmittel einem Brennstoffzellenstapel zuzuführen, eine Kühlmittelzirkulationspumpe, die dazu eingerichtet ist, das Kühlmittel zu der Brennstoffzelle und zu einem Radiator zu zirkulieren, und einen Kühlventilator, der dazu eingerichtet ist, die Luft zu dem Radiator zu blasen und dadurch das Kühlmittel abzukühlen.
  • Der Kühlventilator weist einen niedrigen Leistungsverbrauch auf. Die Erhöhung der Drehgeschwindigkeit des Kühlventilators zur Erhöhung der Windmenge, die auf den Radiator angewendet wird, stellt dementsprechend eine höhere Kühleffizienz und einen besseren Brennstoffverbrauch im Vergleich mit einer Erhöhung der Drehgeschwindigkeit der Kühlmittelzirkulationspumpe zur Erhöhung der Strömungsrate des dem Radiator zugeführten Kühlmittels sicher. Der Kühlventilator weist im Allgemeinen ein größeres Geräusch und größere Vibration auf (nachstehend als NV abgekürzt) als die Kühlmittelzirkulationspumpe. Dies führt zu einer Schwierigkeit, sowohl einer Reduktion des Brennstoffverbrauchs als auch der Unterdrückung von Geräuschen und Vibration gerecht zu werden. Brennstoffzellensysteme und Kühlsysteme hierfür sind zudem Gegenstand der Druckschrift US 6,651,761 B1 , der Druckschrift DE 10 2005 058 687 A1 sowie der Druckschrift DE 10 2008 011 308 A1 , die den nächstkommenden Stand der Technik darstellt.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Um das Vorstehende zumindest teilweise zu erzielen, schafft die vorliegende Erfindung verschiedene nachstehend beschriebene Aspekte.
    1. (1) Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem geschaffen, das in einem Brennstoffzellenfahrzeug befestigt ist. Das Brennstoffzellensystem weist auf: eine Brennstoffzelle; einen Kühlsystemkreislauf, der einen Kühlflüssigkeitsversorgungspfad enthält, der dazu eingerichtet ist, eine Kühlflüssigkeit der Brennstoffzelle zuzuführen, einen Radiator, der dazu eingerichtet ist, die Kühlflüssigkeit abzukühlen, einen Radiatorventilator und eine Kühlflüssigkeitspumpe, die in dem Kühlflüssigkeitsversorgungspfad geschaffen ist, um der Brennstoffzelle Kühlflüssigkeit zuzuführen; eine Steuervorrichtung; und ein Geschwindigkeitsmessgerät, das dazu eingerichtet ist, eine Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs zu erlangen. Die Steuervorrichtung ist in der Lage, eine erste Kühlsteuerung durchzuführen, die einen oberen Grenzwert des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators gemäß der Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs einstellt und eine Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe oder das Antriebsausmaß des Radiatorventilators unterhalb des oberen Grenzwerts des Antriebsausmaßes des Radiators reguliert, um die Brennstoffzelle abzukühlen. Die Erhöhung einer Fahrzeuggeschwindigkeit in einem Brennstoffzellenfahrzeug erhöht im Allgemeinen Geräusche und Vibration (NV), z.B. Windgeräusche, Straßengeräusche und Vibration, die durch Reibung der Räder gegen die Straßenoberfläche verursacht wird, und Geräusche und Vibration eines Motors. Die Erhöhung solcher Geräusche und Vibration bewirkt, dass durch einen Radiatorventilator verursachte Geräusche und Vibration nicht wahrnehmbar werden. Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts führt die erste Kühlsteuerung durch, die eine oberen Grenze des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators gemäß der Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs einstellt und eine Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe oder das Antriebsausmaß des Radiatorventilators unterhalb des oberen Grenzwerts reguliert, um die Brennstoffzelle abzukühlen. Dies erzielt sowohl eine Unterdrückung von Geräuschen Vibration als auch eine Reduktion des Leistungsverbrauchs (Verbesserung des Leistungsverbrauchs).
    2. (2) Brennstoffzellensystem gemäß vorstehendem Aspekt in der ersten Kühlsteuerung, wobei die Steuervorrichtung einen Heizwert der Brennstoffzelle aus einer Menge an Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle berechnen und die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe und das Antriebsausmaß des Radiatorventilators unterhalb des oberen Grenzwerts des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators regulieren kann, so dass der Heizwert freigesetzt wird, beim gleichzeitigen Minimieren des Gesamtleistungsverbrauchs der Kühlflüssigkeitspumpe und des Radiatorventilators. Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts erzielt sowohl eine Unterdrückung der Geräusche und Vibration als auch eine Reduktion des Leistungsverbrauchs (Verbesserung des Leistungsverbrauchs) .
    3. (3) Brennstoffzellensystem gemäß vorstehendem Aspekt, wobei, wenn in der ersten Kühlsteuerung der Heizwert nicht vollständig aus dem Kühlsystemkreislauf freisetzbar ist, die Steuervorrichtung veranlassen kann, dass eine Wärmemenge, die einer Differenz der Subtraktion des Wärmefreisetzungswerts von dem Heizwert entspricht, in der Kühlflüssigkeit gespeichert wird, und sogar nachdem der Heizwert niedriger als der Wärmefreisetzungswert wird, kann die Steuervorrichtung die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe und das Antriebsausmaß des Radiatorventilators beibehalten, bis die Temperatur der Kühlflüssigkeit auf eine vorbestimmte Temperatur oder unterhalb dieser sinkt. In dem Brennstoffzellensystem dieses Aspekts wird in der Kühlflüssigkeit ein Heizwert gespeichert, um die Temperatur der Kühlflüssigkeit zu erhöhen. Wenn der Heizwert niedriger als der Wärmefreisetzungswert ist, sinkt die Temperatur der Kühlflüssigkeit. Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts hält das Antriebsausmaß der Kühlflüssigkeitspumpe bei, bis die Temperatur der Kühlflüssigkeit auf die vorbestimmte Temperatur oder unterhalb dieser sinkt. Dies beschleunigt die Senkung der Temperatur der Brennstoffzelle. Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts hält die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe und das Antriebsausmaß des Radiatorventilators bei, bis die gespeicherte Wärmemenge einem vorbestimmten Wert gleich oder niedriger als dieser wird. Dies unterdrückt eine Überkühlung durch eine verzögerte Temperaturantwort und daraus resultierende Erhöhung des Leistungsverbrauchs.
    4. (4) Brennstoffzellensystem gemäß vorstehendem Aspekt, wobei, wenn die in der Kühlflüssigkeit gespeicherte Wärmemenge in der ersten Kühlsteuerung freigesetzt wird, die Steuervorrichtung ein niedrigeres Antriebsausmaß einstellen kann, das niedriger als der obere Grenzwert ist, der gemäß der Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs eingestellt ist, und die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe und das Antriebsausmaß des Radiatorventilators beibehalten kann, während sie das niedrigere Antriebsausmaß als eine obere Grenze verwendet, bis die Temperatur der Kühlflüssigkeit auf eine vorbestimmte Temperatur oder unterhalb dieser sinkt. Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts hält die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe und das Antriebsausmaß der Radiatorventilators basierend auf der Temperatur der Kühlflüssigkeit bei. Dieser Aufbau muss dementsprechend die gespeicherte Wärmemenge nicht berechnen.
    5. (5) Brennstoffzellensystem gemäß vorstehendem Aspekt, wobei, wenn in der ersten Kühlsteuerung der Heizwert nicht vollständig aus dem Kühlsystemkreislauf freisetzbar ist, die Steuervorrichtung veranlassen kann, dass eine Wärmemenge, die einer Differenz der Subtraktion des Wärmefreisetzungswerts von dem Heizwert entspricht, in der Kühlflüssigkeit gespeichert wird, und sogar nachdem der Heizwert niedriger als der Wärmefreisetzungswert wird, kann die Steuervorrichtung die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe und das Antriebsausmaß des Radiatorventilators beibehalten, bis die gespeicherte Wärmemenge auf einen vorbestimmten Wert oder unterhalb dieses sinkt. Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts beschleunigt die Abkühlung der Brennstoffzelle.
    6. (6) Brennstoffzellensystem gemäß vorstehendem Aspekt, wobei, wenn in der ersten Kühlsteuerung der in der Kühlflüssigkeit gespeicherte Heizwert freigesetzt wird, die Steuervorrichtung ein niedrigeres Antriebsausmaß einstellen kann, das niedriger als der obere Grenzwert ist, der gemäß der Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs eingestellt ist, und kann die Kühlflüssigkeitspumpe und den Radiatorventilator unter gleichzeitiger Verwendung des niedrigeren Antriebsausmaßes als eine obere Grenze antreiben, bis die gespeicherte Wärmemenge auf einen vorbestimmten Wert oder unterhalb dieses sinkt.
    7. (7) Brennstoffzellensystem gemäß vorstehendem Aspekt, wobei, wenn in der ersten Kühlsteuerung der Heizwert nicht vollständig freisetzbar ist und eine gespeicherte Wärmemenge durch Speichern einer Differenz der Subtraktion eines Wärmefreisetzungswerts von dem Heizwert in der Kühlflüssigkeit höher als die vorbestimmte Wärmemenge ist, kann die Steuervorrichtung in der Lage sein, eine zweite Kühlsteuerung durchzuführen, die den gemäß der Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs eingestellten oberen Grenzwert des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators auf ein höheren Antriebsausmaß ändern, und die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe und das Antriebsausmaß des Radiatorventilators unter gleichzeitiger Verwendung des höheren Antriebsausmaßes als einen neuen oberen Grenzwert regulieren kann, um die Brennstoffzelle abzukühlen. Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts räumt der Kühlung der Brennstoffzelle eine Priorität ein.
    8. (8) Brennstoffzellensystem gemäß vorstehendem Aspekt, wobei, wenn in der ersten Kühlsteuerung der Heizwert nicht vollständig freisetzbar ist und die Temperatur der Kühlflüssigkeit höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, die Steuervorrichtung in der Lage ist, eine zweite Kühlsteuerung durchzuführen, die den gemäß der Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs eingestellten oberen Grenzwert des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators auf ein höheren Antriebsausmaß ändert, und die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe und das Antriebsausmaß des Radiatorventilators unter gleichzeitiger Verwendung des höheren Antriebsausmaßes als einen neuen oberen Grenzwert reguliert, um die Brennstoffzelle abzukühlen. Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts räumt der Kühlung der Brennstoffzelle eine Priorität ein, wenn in der ersten Kühlsteuerung der Heizwert nicht vollständig freisetzbar ist und die Temperatur der Kühlflüssigkeit höher als die vorbestimmte Temperatur ist.
    9. (9) Brennstoffzellensystem gemäß vorstehendem Aspekt, wobei in der ersten Kühlsteuerung die Steuervorrichtung einen Wärmefreisetzungskapazitätsbereich, der durch die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe und das Antriebsausmaß des Radiatorventilators spezifiziert ist, in zumindest zwei Abschnitte unterteilen kann und eines ändert, die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe oder das Antriebsausmaß des Radiatorventilators, bei gleichzeitiger Fixierung des anderen, um einen Wärmefreisetzungswert in jedem der zumindest zwei Abschnitte durch minimale elektrische Leistung zu erzielen. Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts steuert lediglich eines, die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe oder das Antriebsausmaß des Radiatorventilators bei gleichzeitiger Fixierung des anderen. Dies erleichtert die Steuerung.
    10. (10) Brennstoffzellensystem gemäß vorstehendem Aspekt kann ferner aufweisen: eine Umgehungsverrohrung, die dazu eingerichtet ist, eine Strömung der Kühlflüssigkeit, die aus der Brennstoffzelle ausgelassen wird, zu veranlassen, den Radiator zu umgehen und der Kühlflüssigkeitspumpe zugeführt zu werden; und ein strömungsaufteilendes Ventil, das dazu eingerichtet ist, die Strömung der Kühlflüssigkeit, die aus der Brennstoffzelle in den Radiator und in die Umgehungsverrohrung ausgelassen wird, aufzuteilen, wobei in der ersten Kühlsteuerung die Steuervorrichtung einen Heizwert der Brennstoffzelle aus einer Menge an Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle berechnen kann und die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe, das Antriebsausmaß des Radiatorventilators und eine Strömungaufteilungsrate unterhalb des oberen Grenzwerts des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators regulieren kann, so dass der Heizwert freigesetzt wird, während gleichzeitig der Gesamtleistungsverbrauch der Kühlflüssigkeitspumpe und des Radiatorventilators minimiert wird. Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts weist ferner die Umgehungsverrohrung und das strömungaufteilende Ventil auf und führt eine Kühlsteuerung durch zusätzliche Verwendung der Strömungaufteilungsrate durch.
    11. (11) Brennstoffzellensystem gemäß vorstehendem Aspekt, wobei in der ersten Kühlsteuerung die Steuervorrichtung einen Wärmefreisetzungskapazitätsbereich, der durch die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe, das Antriebsausmaß des Radiatorventilators und die Strömungaufteilungsrate des strömungaufteilenden Ventils spezifiziert ist, in zumindest zwei Abschnitte aufteilen kann und eines ändern kann, die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe, das Antriebsausmaß des Radiatorventilators und die Strömungaufteilungsrate des strömungaufteilenden Ventils, um einen Wärmefreisetzungswert in jedem der zumindest zwei Abschnitte durch minimale elektrische Leistung zu erzielen. Das Brennstoffzellensystem dieses Aspekts steuert lediglich eines, die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe, das Antriebsausmaß des Radiatorventilators und die Strömungaufteilungsrate des strömungaufteilenden Ventils, bei gleichzeitiger Fixierung der verbleibenden beiden. Dies erleichtert die Steuerung.
  • Die Erfindung kann durch verschiedene andere Aspekte als das vorstehend beschriebene Brennstoffzellensystem, beispielsweise ein Brennstoffzellenfahrzeug und ein Verfahren für ein Brennstoffzellensystem, umgesetzt werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Diagramm, das ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einer darin befestigten Brennstoffzelle veranschaulicht.
    • 2 ist ein Diagramm, das die Brennstoffzelle und einen Kühlsystemkreislauf für die Brennstoffzelle veranschaulicht.
    • 3 ist ein Steuerblockdiagramm, das die Steuervorrichtung zur Steuerung der Kühlflüssigkeitspumpe und des Radiatorventilators veranschaulicht.
    • 4 ist ein Graph, der Abweichungen der freisetzbaren Wärmemenge und ein Betriebsmuster bezüglich einer Drehgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeitspumpe und der Antriebsspannung des Radiatorventilators zeigt.
    • 5 ist eine Tabelle, die die Beziehung des Wärmefreisetzungswerts zu der Strömungaufteilungsrate, der Drehgeschwindigkeit der Kühlwasserpumpe und der Antriebsspannung des Radiatorventilators zeigt.
    • 6 sind Graphen, die die Beziehung des Wärmefreisetzungswerts zu der Strömungaufteilungsrate, der Drehgeschwindigkeit der Kühlwasserpumpe und der Antriebsspannung des Radiatorventilators zeigen.
    • 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Steuerungsablaufs gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
    • 8 ist ein Graph, der ein Beispiel der Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der oberen Grenze der Antriebsspannung des Radiatorventilators bezüglich verschiedener Heizwerte der Brennstoffzelle zeigt.
    • 9 ist ein Flussdiagramm, das die Details der Verarbeitung des Schrittes S185 in der 7 zeigt.
    • 10 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und einer oberen Grenze der Antriebsspannung des Radiatorventilators bezüglich verschiedener Heizwerte der Brennstoffzelle zeigt.
    • 11 ist ein Diagramm, das eine Brennstoffzelle und einen Kühlsystemkreislauf für die Brennstoffzelle gemäß einer Modifikation veranschaulicht.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Erste Ausführungsform:
  • 1 ist ein Diagramm, das ein Brennstoffzellenfahrzeug 10 (auf das nachstehend einfach als „Fahrzeug 10“ Bezug genommen werden kann) mit einer darin befestigten Brennstoffzelle veranschaulicht. Das Fahrzeug 10 enthält eine Brennstoffzelle 100, eine Steuervorrichtung 200 (auch ECU (elektronische Steuereinheit)), ein Geschwindigkeitsmessgerät 120, eine Sekundärbatterie 130, eine Steuerung für die elektrische Leistungsaufteilung 140, einen Antriebsmotor 150, eine Antriebswelle 160, ein Leistungaufteilungsgetriebe 170, Räder 180 und einen Umgebungstemperatursensor 190.
  • Die Brennstoffzelle 100 ist eine Leistungserzeugungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, elektrische Leistung durch eine elektrochemische Reaktion eines Brennstoffgases und eines oxidierenden Gases zu erzeugen und auszugeben. Die Steuervorrichtung 200 steuert die Betriebe der Brennstoffzelle 100, der Sekundärbatterie 130 und der Steuervorrichtung der elektrischen Leistungsaufteilung 140. Die Steuervorrichtung 200 verwendet die Brennstoffzelle 100 als eine Hauptleistungsquelle des Fahrzeugs 10, aber kann auch die Sekundärbatterie 130 als elektrische Leistungsquelle zum Antreiben des Fahrzeugs 10 in dem Fall verwenden, bei dem die Brennstoffzelle 100 eine geringe Ausgangsleistung aufweist, z.B. unmittelbar nach dem Starten des Fahrzeugs 10. Für die Sekundärbatterie 130 kann eine Nickel-Hydrid-Batterie oder eine Lithium-Ionen-Batterie angewendet werden. Die Sekundärbatterie 130 kann direkt mit der elektrischen Ausgangsleistung der Brennstoffzelle 100 geladen werden oder kann mit der elektrischen Leistung geladen werden, die aus der kinetischen Energie des Fahrzeugs 10 durch den Antriebsmotor 150 während eines Abbremsens des Fahrzeugs 10 regeneriert wird. Die Steuervorrichtung für elektrische Leistungsaufteilung 140 empfängt eine Anweisung von der Steuervorrichtung 200 und steuert die Aufteilung in eine elektrische Leistung, die von der Brennstoffzelle 100 an den Antriebsmotor 150 ausgegeben werden soll, und eine elektrische Leistung die von der Sekundärbatterie 130 an den Antriebsmotor 150 ausgegeben werden soll. Die Steuervorrichtung für elektrische Leistungsaufteilung 140 empfängt auch eine Anweisung von der Steuervorrichtung 200 während des Abbremsens des Fahrzeugs 10 und gibt eine elektrische Leistung, die durch den Antriebsmotor 150 regeneriert wird, an die Sekundärbatterie 130 aus. Der Antriebsmotor 150 dient als ein Motor zum Antreiben des Fahrzeugs 10. Der Antriebsmotor 150 dient als ein Generator während des Abbremsens des Fahrzeugs 10, um elektrische Energie aus der kinetischen Energie des Fahrzeugs 10 zu regenerieren. Die Antriebswelle 160 überträgt die Antriebskraftausgabe von dem Antriebsmotor 150 auf das Leistungaufteilungsgetriebe 170. Das Leistungaufteilungsgetriebe 170 teilt die Antriebskraft auf das linke und rechte Rad 180 auf. Das Geschwindigkeitsmessgerät 120 misst die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10. Der Umgebungstemperatursensor 190 misst die Temperatur der Umgebungsluft.
  • 2 ist ein Diagramm, das die Brennstoffzelle 100 und einen Kühlsystemkreislauf 300 für die Brennstoffzelle 100 veranschaulicht. Ein Brennstoffzellensystem, das die Brennstoffzelle 100 enthält, weist zusätzlich zu dem Kühlsystemkreislauf 300 einen Versorgungs- und Auslasskreislauf für ein oxidierendes Gas und einen Versorgungs- und Auslasskreislauf für ein Brennstoffgas auf. Nachstehendes beschreibt den Kühlsystemkreislauf 300, während die Beschreibung des Versorgungs- und Auslasskreislaufs für ein oxidierendes Gas und des Versorgungs- und Auslasskreislaufs für ein Brennstoffgas hierin ausgelassen wird.
  • Der Kühlsystemkreislauf 300 enthält eine Kühlflüssigkeitversorgungsverrohrung 310, eine Kühlflüssigkeitauslassverrohrung 320, eine Umgehungsverrohrung 330, ein strömungaufteilendes Ventil 340, einen Radiator 350, einen Radiatorventilator 360 (auf den nachstehend einfach als „Ventilator 360“ Bezug genommen werden kann), eine Kühlflüssigkeitspumpe 370 und Temperatursensoren 380 und 390. Diese Ausführungsform verwendet Wasser als Kühlflüssigkeit. Dementsprechend wird die Kühlflüssigkeit auch „Kühlwasser“ genannt, und die Kühlflüssigkeitspumpe 370 wird auch als „Kühlwasserpumpe 370“ oder „Wasserpumpe (W/P) 370“ genannt. In den Zeichnungen ist die Kühlflüssigkeitspumpe 370 als „W/P“ gezeigt.
  • Die Kühlflüssigkeit wird durch die Kühlflüssigkeitversorgungsverrohrung 310 der Brennstoffzelle 100 zugeführt, während sie aus der Brennstoffzelle 100 zu der Kühlflüssigkeitauslassverrohrung 320 ausgelassen wird. Die Kühlflüssigkeitversorgungsverrohrung 310 wird auch als der „Kühlflüssigkeitversorgungspfad“ genannt. Der Radiator 350 ist mit der Kühlflüssigkeitversorgungsverrohrung 310 und der Kühlflüssigkeitauslassverrohrung 320 verbunden. Die Umgehungsverrohrung 330 ist auch mit der Kühlflüssigkeitversorgungsverrohrung 310 und der Kühlflüssigkeitauslassverrohrung 320 verbunden, um die Strömung der Kühlflüssigkeit zum Umgehen des Radiators 350 zu veranlassen. Das strömungaufteilende Ventil 340 ist an einem Verbindungspunkt der Kühlflüssigkeitauslassverrohrung 320 mit der Umgehungsverrohrung 330 geschaffen, um die Strömung der Kühlflüssigkeit durch die Kühlflüssigkeitauslassverrohrung 320 in den Radiator 350 und in die Umgehungsverrohrung 330 aufzuteilen. Der Radiator 350 ist mit dem Radiatorventilator 360 versehen. Der Radiatorventilator 360 dient zum Blasen der Luft zu dem Radiator 350 und zum Abkühlen der durch den Radiator 350 hindurch strömenden Kühlflüssigkeit. Die Kühlflüssigkeitspumpe 370 ist stromabwärts von dem Radiator 350 angeordnet, um der Brennstoffzelle 100 die Kühlflüssigkeit zuzuführen. Der Temperatursensor 380 ist an der Radiator 350-Seite eines Verbindungspunkts der Kühlflüssigkeitversorgungsverrohrung 310 und der Umgehungsverrohrung 330 angeordnet, und der Temperatursensor 390 ist an der Brennstoffzelle 100 befestigt. Der Temperatursensor 380 misst die Temperatur der Kühlflüssigkeit, die der Brennstoffzelle 100 zugeführt wird. Der Temperatursensor 390 misst die Temperatur der Brennstoffzelle 100. In einem modifizierten Aufbau kann der Temperatursensor 390 an einer Stelle in der Nähe der Brennstoffzelle 100 in der Kühlflüssigkeitauslassverrohrung 320 angeordnet sein, um die Temperatur der Kühlflüssigkeit zu messen, die aus der Brennstoffzelle 100 ausgelassen wird. Die aus der Brennstoffzelle 100 ausgelassene Kühlflüssigkeit wird durch die Brennstoffzelle 100 erwärmt und kann somit als eine Wärmequelle zum Erwärmen des Inneren des Fahrzeugs 10 verwendet werden. Die Kühlflüssigkeit kann für einen Zwischenkühler des Brennstoffgases als auch für die Brennstoffzelle 100 verwendet werden. Diese Anwendung ist hierin nicht speziell beschrieben.
  • Gemäß dieser Ausführungsform wird die Kühlflüssigkeitspumpe 370 angetrieben, um die Kühlflüssigkeit von der Kühlflüssigkeitversorgungsverrohrung 310 der Brennstoffzelle 100 zuzuführen. Die Kühlflüssigkeit wird aus der Brennstoffzelle 100 zu der Kühlflüssigkeitauslassverrohrung 320 ausgelassen, nachdem sie die Brennstoffzelle 100 abgekühlt hat. Die Strömung der Kühlflüssigkeit wird durch das strömungsaufteilende Ventil 340 in den Radiator 350 und in die Umgehungsverrohrung 330 aufgeteilt. Die aufgeteilte Strömung der Kühlflüssigkeit in den Radiator 350 wird durch den Radiator 350 abgekühlt, während die aufgeteilte Strömung der Kühlflüssigkeit in die Umgehungsverrohrung 330 nicht abgekühlt wird. Die Steuervorrichtung 200 regelt die Strömungsrate (Strömungaufteilungsrate) der Kühlflüssigkeit, die durch den Radiator 350 strömt und der Kühlflüssigkeit, die durch die Umgehungsverrohrung 330 strömt, die Drehgeschwindigkeit (Antriebsspannung) des Radiatorventilators 360 und die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe 370, um die Temperatur der Kühlflüssigkeit zu steuern und die Kühlung der Brennstoffzelle 100 zu steuern.
  • 3 ist ein Steuerblockdiagramm, das die Steuervorrichtung 200 zur Steuerung der Kühlflüssigkeitspumpe 370 und des Radiatorventilators 360 veranschaulicht. Die Steuervorrichtung 200 enthält eine Heizwertberechnungsvorrichtung 210, eine Wärmefreisetzungskapazitätsberechnungsvorrichtung 240, eine Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250, eine Ventilatorsteuervorrichtung 260 und eine Kühlflüssigkeitspumpensteuervorrichtung 270 (W/P-Steuervorrichtung in 3). Die Heizwertberechnungsvorrichtung 210 berechnet eine Menge an Wärmeerzeugung oder einen Heizwert der Brennstoffzelle 100 aus einer Ausgabe (Strom und Spannung), die durch die Brennstoffzelle 100 erzeugt wird. Genauer gesagt verwendet die Heizwertberechnungsvorrichtung 210 eine I-V-Eigenschaft der Brennstoffzelle 100, einen höheren Heizwert (HHV) und einen niedrigeren Heizwert (LHV), um den Heizwert der Brennstoffzelle 100 zu berechnen. Der Heizwert kennzeichnet einen Wert zwischen dem HHV und dem LHV. Der „HHV“ kennzeichnet hierin eine Wärmemenge, die der erzeugten Ausgabe in dem Fall entspricht, bei dem flüssiges Wasser durch vollständiges Umwandeln des Brennstoffgases in elektrische Leistung erzeugt wird. Der „LHV“ kennzeichnet hierin eine Wärmemenge, die der erzeugten Ausgabe in dem Fall entspricht, bei dem Wasserdampf durch vollständiges Umwandeln des Brennstoffgases in elektrische Leistung erzeugt wird. Der LHV ist ein Wert, der durch Subtrahieren der latenten Kondensationswärme des Wasserdampfes von dem HHV erlangt wird.
  • Die Wärmefreisetzungskapazitätsberechnungsvorrichtung 240 berechnet eine Wärmemenge, die von dem Kühlsystemkreislauf 300 freisetzbar ist (auch als „Wärmefreisetzungskapazität“ genannt). Die freisetzbare Wärmemenge wird durch die Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 und der Umgebungstemperatur berechnet. Eine Senkung der Umgebungstemperatur führt zu einer Senkung der Temperatur der Luft, die dem Radiator 350 zugeführt wird und erhöht dadurch die freisetzbare Wärmemenge. Der Radiator 350 empfängt den Wind, der durch das Fahren des Fahrzeugs 10 erzeugt wird, zusätzlich zu der Luft, die durch den Radiatorventilator 360 geblasen wird. Eine Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit führt zu einer Erhöhung der Windmenge und dadurch erhöht sie die freisetzbare Wärmemenge.
  • Die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 bestimmt ein Betriebsmuster des strömungaufteilenden Ventils 340, des Radiatorventilators 360 und der Kühlflüssigkeitspumpe 370 unter Verwendung des Heizwerts, der durch die Heizwertberechnungsvorrichtung 210 berechnet wird, und der freisetzbaren Wärmemenge, die durch die Wärmefreisetzungskapazitätsberechnungsvorrichtung 240 berechnet wird. Das Betriebsmuster kann im Voraus durch ein Experiment oder dergleichen bestimmt werden. Ein konkretes Beispiel eines Betriebsmusters wird nachstehend beschrieben. Die Ventilatorsteuervorrichtung 260 steuert die Antriebsmenge des Radiatorventilators 360, und die Kühlflüssigkeitspumpensteuervorrichtung 270 steuert den Betrieb der Kühlflüssigkeitspumpe 370. Die Antriebsmenge des Radiatorventilators 360 wird durch Regulieren der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 gesteuert.
  • 4 ist ein Graph, der Abweichungen der freisetzbaren Wärmemenge Q und eines Betriebsmusters bezüglich einer Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 und der Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 zeigt. Nachstehendes beschreibt zuerst einen allgemeinen Betrieb. Eine Menge an Wärmefreisetzung oder ein Wärmefreisetzungswert aus dem Radiator 350 entspricht im Allgemeinen (Oberflächentemperatur des Radiators 350 - Lufttemperatur), (Strömungsrate der Luft) und (Strömungsrate der Kühlflüssigkeit). Die Oberflächentemperatur des Radiators 350 kann als gleich mit der Temperatur der Kühlflüssigkeit in dem Radiator 350 angenommen werden. Die Strömungsrate der Luft wird durch die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 und die Windmenge bestimmt. Die Windmenge wird durch die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt. Die Strömungsrate der Kühlflüssigkeit durch die Kühlflüssigkeitspumpe 370 ist proportional zu der Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370. Unter der Annahme, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Umgebungstemperatur und die Oberflächentemperatur des Radiators 350 jeweils konstant sind, wird die freisetzbare Wärmemenge dementsprechend durch die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 und die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 bestimmt. Eine Erhöhung der Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 oder eine Erhöhung der Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 resultiert in einer Erhöhung der freisetzbaren Wärmemenge. Dies erhöht jedoch den Gesamtleistungsverbrauch der Kühlflüssigkeitspumpe 370 und des Radiatorventilators 360. Erhöhen der Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360, ohne die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 zu erhöhen, reduziert die Wärmeaustauscheffizienz zwischen der Kühlflüssigkeit in dem Radiator 350 und der Luft. Dies resultiert in einer Absenkung des Wärmefreisetzungswerts von dem Radiator 350. Es ist dementsprechend wünschenswert, die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 begleitet von einer Erhöhung der Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 zu erhöhen. Gemäß dieser Ausführungsform wird das Betriebsmuster so bestimmt, dass eine, die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 und die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360, abwechselnd fixiert wird, während die andere variiert wird. Das Betriebsmuster der Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 und der Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 weisen dementsprechend eine stufenartige Änderung auf. Dies vereinfacht die Steuerung bei gleichzeitiger Reduktion der Abweichungen der Stellglieder, wie z.B. der Kühlflüssigkeitspumpe 370 und des Radiatorventilators 360, und der Unterdrückung der NV (Geräusche und Vibration), die durch Abweichungen in den Stellgliedern verursacht werden. Eine Feinsteuerung der Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 und der Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 dehnt das Abbildungsvolumen zum Speichern des Betriebsmusters aber ermöglicht eine Steuerung, die durch eine sanfte Kurve einer gestrichelten Linie approximiert wird.
  • 5 ist eine Tabelle, die die Beziehungen des Wärmefreisetzungswerts Q zu der Strömungaufteilungsrate dr, der Drehgeschwindigkeit rw der Kühlwasserpumpe 370 und der Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 zeigt. 6 sind Graphen, die die Beziehung des Wärmefreisetzungswerts Q zu der Strömungaufteilungsrate dr, der Drehgeschwindigkeit rw der Kühlwasserpumpe 370 und der Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 zeigen. In 5 und 6 sind die Mengen der Wärmefreisetzung Q0 bis Q6 nicht Null, aber sie sind Werte, die sich in dieser Reihenfolge allmählich erhöhen. Die Drehgeschwindigkeiten rw1 bis rw3 sind nicht Null aber erfüllen die Beziehung von rw1< rw2< rw3. Die Antriebsspannungen Vo1 bis Vo3 sind nicht Null aber erfüllen die Beziehung von Vo1< Vo2< Vo3. Ein in 5 und 6 gezeigtes Betriebsmuster wird bestimmt, um den Gesamtleistungsverbrauch der Kühlflüssigkeitspumpe 370 und des Radiatorventilators 360 bei gleichzeitiger Unterdrückung von Geräuschen und Vibration zu minimieren. Dieses Betriebsmuster wird dementsprechend nicht verwendet, wenn es einen geringen Bedarf an Unterdrückung von Geräuschen und Vibration gibt, beispielsweise wenn der Wärmefreisetzung vor der Unterdrückung von Geräuschen und Vibration Priorität eingeräumt wird.
    1. (1) In dem Fall, bei dem der Wärmefreisetzungswert Q erfüllt 0≤ Q< Q0:
      • In diesem Fall ist die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 gleich 0, so dass die Kühlflüssigkeit nicht zirkuliert wird und die Brennstoffzelle 100 kaum abgekühlt wird. In der Beschreibung hiervon kennzeichnet der Wärmefreisetzungswert Q eine Wärmemenge, die freigesetzt werden soll, die aus dem Hitzewert berechnet wird.
    2. (2) In dem Fall, bei dem der Wärmefreisetzungswert Q erfüllt Q0≤ Q< Q1:
      • stellt die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 auf rw1 ein, um die Kühlflüssigkeit zu zirkulieren, stellt die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 auf 0 ein, und reguliert die Strömungaufteilungsrate dr in dem Bereich von 0 bis 1 gemäß dem Wärmefreisetzungswert Q ein. Sogar wenn der Radiatorventilator 360 nicht angetrieben wird, kann die Kühlflüssigkeit durch natürliche Kühlung und den Wind, der auf den Radiator 350 durch das Fahren des Fahrzeugs 10 angewendet wird, abgekühlt werden. Die Steuervorrichtung 200 muss nicht notwendigerweise die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 auf rw1 fixieren, sondern kann die Drehgeschwindigkeit rw in dem Bereich von 0 bis rw1 gemäß dem Wärmefreisetzungswert Q regulieren.
    3. (3) In dem Fall, bei dem der Wärmefreisetzungswert Q erfüllt Q1≤ Q< Q2:
      • stellt die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 die Strömungaufteilungsrate dr auf 1 ein, stellt die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 auf 0 ein, und reguliert die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 in dem Bereich von rw1 bis rw2. Das strömungsaufteilende Ventil 340 das in einer spezifizierten Stellung fixiert ist, verbraucht keine elektrische Leistung. Das Einstellen der Strömungaufteilungsrate dr auf 1 bewirkt, dass die Kühlflüssigkeit vollständig zu dem Radiator 350 strömt und es somit einfacher macht, die Kühlflüssigkeit abzukühlen. Die Brennstoffzelle 100 kann somit sogar bei der niedrigen Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 abgekühlt werden. Der Vorteil dieses Falls besteht darin, dass der Radiatorventilator 360 nicht angetrieben wird und somit keine Geräusche und Vibration verursacht. Wenn der Wärmefreisetzungswert Q gleich Q1 oder höher als dieser ist, wird die Strömungaufteilungsrate dr auf 1 fixiert. Dementsprechend beschreibt Nachstehendes lediglich die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 und die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360.
    4. (4) In dem Fall, bei dem der Wärmefreisetzungswert Q erfüllt Q2≤ Q< Q3:
      • stellt die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 auf rw2 ein und reguliert die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 in dem Bereich von 0 bis Vo1 gemäß dem Wärmefreisetzungswert Q.
    5. (5) In dem Fall, bei dem der Wärmefreisetzungswert Q erfüllt Q3≤ Q< Q4:
      • stellt die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 auf rw2 ein und reguliert die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 in dem Bereich von Vo1 bis Vo2 gemäß dem Wärmefreisetzungswert Q. Mit anderen Worten, wenn der Wärmefreisetzungswert Q gleich Q2 oder höher als dieser und niedriger als Q4 ist, wird die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 in dem Bereich von 0 bis Vo2 gemäß dem Wärmefreisetzungswert Q reguliert, während die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 auf rw2 fixiert ist.
    6. (6) In dem Fall, bei dem der Wärmefreisetzungswert Q erfüllt Q4≤ Q< Q5:
      • stellt die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 auf Vo2 ein und reguliert die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 in dem Bereich von rw2 bis rw3 gemäß dem Wärmefreisetzungswert Q.
    7. (7) In dem Fall, bei dem der Wärmefreisetzungswert Q erfüllt Q5≤ Q< Q6:
      • stellt die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 auf rw3 und reguliert die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 in dem Bereich von Vo2 bis Vo3 gemäß dem Wärmefreisetzungswert Q.
    8. (8) In dem Fall, bei dem der Wärmefreisetzungswert Q erfüllt Q6≤ Q:
      • stellt die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 auf rw3 und stellt die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 auf Vo3.
  • Gemäß dieser Ausführungsform, wird die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 in vier Stufen geändert, d.h. 0, Vo1, Vo2 und Vo3, und die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 wird in vier Stufen geändert, d.h. 0, rw1, rw2 und rw3. Gemäß einer Modifikation kann die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 oder die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 in einer größeren Anzahl von Stufen ändern, um so eine feinere Steuerung des Betriebsmusters zu ermöglichen.
  • Gemäß dieser Ausführungsform wird der Wärmefreisetzungswert Q in mehrere Abschnitte unterteilt. In jedem Abschnitt fixiert die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 zwei von Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 (Antriebsmenge des Radiatorventilators 360), Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 und die Ventilstellung des strömungaufteilenden Ventils 340 und reguliert den verbleibenden einen Parameter gemäß dem Wärmefreisetzungswert Q. Dementsprechend gibt es lediglich einen Steuerparameter in jedem Abschnitt. Dies vereinfacht die Steuerung und ermöglicht eine Wärmefreisetzung in jedem Abschnitt bei minimaler elektrischer Leistung.
  • Wenn gemäß dieser Ausführungsform der Heizwert nicht höher als die maximale Wärmefreisetzungskapazität ist, führt die Steuervorrichtung 200 eine Kühlsteuerung durch, um den Wärmefreisetzungswert Q gleich dem Hitzewert zu machen, so dass der Brennstoffverbrauch verbessert wird. Diese Steuerung wird erste Kühlsteuerung genannt. Wenn auf der anderen Seite der Hitzewert höher als die maximale Wärmefreisetzungskapazität ist, treibt die Steuervorrichtung 200 den Radiatorventilator 360 und die Kühlflüssigkeitspumpe 370 dermaßen an, dass keine wesentlichen Geräusche und Vibration verursacht werden. In diesem Fall wird eine Differenz (Hitzewert - Wärmefreisetzungswert) in der Kühlflüssigkeit gespeichert. Die Steuervorrichtung 200 integriert die Wärmespeicherung. Nachdem zumindest eins erfüllt ist, ein großer Wert der Wärmespeicherung und/oder eine hohe Temperatur der Kühlflüssigkeit, erhöht die Steuervorrichtung 200 die obere Grenze des Antriebsausmaßes (Antriebsspannung) des Radiatorventilators 360, um der Kühlung Priorität einzuräumen. Diese Steuerung wird zweite Kühlsteuerung genannt. In dem Fall, bei dem der Hitzewert höher als der Wärmefreisetzungswert Q in einer Zeitdauer zur Speicherung von Wärme ist, wird, sogar nachdem der Hitzewert niedriger als der Wärmefreisetzungswert Q ist, wird die Kühlung bis zum Wegfall der Wärmespeicherung fortgesetzt. Die Steuervorrichtung 200 bestimmt basierend auf dem integrierten Wert der Wärmespeicherung oder der Temperatur der Kühlflüssigkeit, ob eine Wärmespeicherung weggefallen ist. Wenn der Hitzewert niedriger als der Wärmefreisetzungswert Q wird, kann die Steuervorrichtung 200 die obere Grenze des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators 360 absenken, um Geräusche und Vibration zu reduzieren. Nachstehendes beschreibt detaillierter ein Beispiel eines solchen Steuerablaufs.
  • 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Steuerungsablaufs gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
  • Im Schritt S100 berechnet die Heizwertberechnungsvorrichtung 210 einen Heizwert Qg der Brennstoffzelle 100 aus dem elektrischen Strom und der Spannung der Brennstoffzelle 100.
  • Im Schritt S110 erlangt die Wärmefreisetzungskapazitätsberechnungsvorrichtung 240 die Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 und die Umgebungstemperatur. Im Schritt S120 erlangt die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 eine obere Grenze Vlul der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360. Diese obere Grenze Vlu1 wird, wie nachstehend beschrieben, bestimmt. Im Allgemeinen hängen die Geräusche und Vibration des Fahrzeugs 10 von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 ab, und die Geräusche und Vibration des Radiatorventilators 360 hängen von dem Antriebsausmaß (Antriebsspannung) des Radiatorventilators 360 ab. Die obere Grenze Vlu1 der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 wird dementsprechend auf eine solche Antriebsspannung bestimmt, die die Geräusche und Vibration des Radiatorventilators 360 durch die Geräusche und Vibration des Fahrzeugs 10 weniger wahrnehmbar macht. Die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 kann eine Abbildung speichern, die eine Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der oberen Grenze Vlu1 der Antriebsspannung des Radiatorventilators speichern kann.
  • Im Schritt S130 berechnet die Wärmefreisetzungskapazitätsberechnungsvorrichtung 240 eine Wärmefreisetzungskapazität Qr1 des Kühlsystemkreislaufs 300 unter der Bedingung, dass die Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 die obere Grenze Vlu1 nicht übersteigt.
  • Im Schritt S140 vergleicht die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 den Heizwert Qg mit der Wärmefreisetzungskapazität Qr1. Wenn der Heizwert Qg der Wärmefreisetzungskapazität Qr1 gleich oder niedriger als diese ist, schreitet die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 zum Schritt S150 voran, um einen Betriebspunkt auf dem in 4 gezeigten Betriebsmuster zu spezifizieren, der die Bedingungen erfüllt, dass die Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 nicht höher als der obere Grenzwert Vlu1 und der Gesamtleistungsverbrauch der Kühlflüssigkeitspumpe 370 und des Radiatorventilators 360 minimiert wird. Wenn beispielsweise die obere Grenze Vlu1 der Antriebsspannung des Radiatorventils 360, die gemäß der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 bestimmt wird, Vo3 ist, und der Heizwert Qg erfüllt Q5≤ Qg< Q6, stellt die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 als Betriebspunkt die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 auf rw3 und reguliert die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 in dem Bereich von Vo2 bis Vo3, um eine Antriebsspannung zu spezifizieren, die einen Heizwert ermöglicht, der dem Heizwert Qg entspricht, der freigesetzt werden soll. In diesem Betriebspunkt ist der Heizwert gleich dem Wärmefreisetzungswert. In einem weiteren Beispiel, wenn die obere Grenze Vlu1 der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360, die gemäß der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 bestimmt wird, Vo2 ist, und der Heizwert Qg erfüllt Q4≤ Qg< Q5, stellt die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 als Betriebspunkt die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 auf Vo2 und reguliert die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 in dem Bereich von rw2 bis rw3, um eine Drehgeschwindigkeit zu spezifizieren, die eine Wärmemenge ermöglicht, die dem Heizwert Qg entspricht, der freigesetzt werden soll. In diesem Betriebspunkt ist der Heizwert gleich dem Wärmefreisetzungswert. Die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 veranlasst dann die Ventilatorsteuervorrichtung 260 und die Kühlflüssigkeitspumpensteuervorrichtung 270 jeweils den Radiatorventilator 360 bzw. die Kühlflüssigkeitspumpe 370 in dem spezifizierten Betriebspunkt zu steuern, um den Heizwert dem Wärmefreisetzungswert gleichzusetzen.
  • Wenn die Wärmefreisetzungskapazität Qr1 niedriger als der Heizwert Qg im Schritt S140 ist, schreitet die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 zum Schritt S160 voran, um zu bestimmen, ob eine Differenz (Qg-Qr1) der Subtraktion der Wärmefreisetzungskapazität Qr1 von dem Heizwert Qg einem vorbestimmten Kriteriumswert Qt1 gleich oder niedriger als dieser ist. Wenn die Differenz (Qg-Qr1) dem Kriteriumswert Qt1 gleich oder niedriger als dieser ist, schreitet die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 zum Schritt S170 voran, um einen Betriebspunkt zu spezifizieren, der die Bedingungen erfüllt, dass die Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 auf die obere Grenze Vlu1 eingestellt ist und die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 auf ihren maximalen Wert eingestellt ist. Wenn die obere Grenze Vlu1 der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360, die gemäß der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 bestimmt wird, Vo2 ist, und der Heizwert Qg erfüllt Q4≤ Qg< Q5, spezifiziert die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 einen Betriebspunkt, der die Bedingungen erfüllt, dass die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 auf Vo2 eingestellt ist und die die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 auf rw3 eingestellt ist. In diesem Betriebspunkt ist ein Heizwert freisetzbar, der mit der Wärmefreisetzungskapazität Qr1 identisch ist. Der Heizwert Qg ist jedoch höher als die Wärmefreisetzungskapazität Qr1, wobei die Differenz (Qg-Qr1) in der Kühlflüssigkeit gespeichert wird, um die Temperatur der Kühlflüssigkeit zu erhöhen. Die Differenz (Qg-Qr1) ist dem vorbestimmten Kriteriumswert Qt1 gleich oder niedriger als dieser, so dass es unwahrscheinlich ist, dass die Temperatur der Brennstoffzelle 100 drastisch ansteigt. In diesem Fall kann der Betrieb der Brennstoffzelle 100 fortgesetzt werden. Das Steuern des Radiatorventilators 360 und der Kühlflüssigkeitspumpe 370 in diesem spezifizierten Betriebspunkt erhöht den Leistungsverbrauch der Kühlflüssigkeitspumpe 370, aber unterdrückt immer noch Geräusche und Vibration. Im Schritt S180 integriert die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 den Wert der Wärmespeicherung.
  • Im folgenden Schritt S185 führt die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 eine Reihe von Verarbeitungen durch, wenn der Heizwert Qg niedriger als die Wärmefreisetzungskapazität Qr1 wird. Wenn der Heizwert Qg niedriger als die Wärmefreisetzungskapazität Qr1 wird, wird der Wert der Wärmespeicherung reduziert. Die Details der Verarbeitung, wenn der Heizwert Qg niedriger als die Wärmefreisetzungskapazität Qr1 wird, werden nachstehend beschrieben. Wenn im Schritt S190 bestimmt wird, dass der Wert der Wärmespeicherung gleich 0 oder kleiner als dieser ist, schreitet die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 zum Schritt S150 voran. Beispielsweise durch Messen der Temperatur der Kühlflüssigkeit ist es bestimmbar, ob der Wert der Wärmespeicherung gleich 0 oder kleiner als dieser wird. Die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 kann bestimmen, dass der Wert der Wärmespeicherung gleich oder kleiner als 0 wird, wenn die Temperatur der Kühlflüssigkeit gleich einer vorbestimmten Kriteriumstemperatur oder kleiner als diese wird. In diesem Fall wird der Heizwert kleiner als der Wärmefreisetzungswert, so dass der Wert der Wärmespeicherung durch Integrieren der Differenz (negativer Wert) zwischen dem Heizwert und dem Wärmefreisetzungswert berechnet werden kann.
  • Wenn die Differenz (Qg-Qr1) der Subtraktion der Wärmefreisetzungskapazität Qr1 von dem Hitzewert Qg höher als der vorbestimmte Kriteriumswert Qt1 im Schritt S160 ist, wird die Temperatur der Brennstoffzelle 100 wahrscheinlich drastisch steigen und den erlaubten Betriebstemperaturbereich übersteigen. Die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 bestimmt dementsprechend ein Betriebsmuster, das die Kühlung der Brennstoffzelle 100 beschleunigt, ohne Geräusche und Vibration zu berücksichtigen. Genauer gesagt schreitet die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 zum Schritt S200 voran, um den oberen Grenzwert Vlu1 der Antriebsspannung des Radiatorventils 360, der im Schritt S120 unter Berücksichtigung von Geräuschen und Vibration bestimmt wird, zu erhöhen. Es ist jedoch wünschenswert, dass die Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 seinen Nennwert nicht überschreitet. Im Schritt S210 spezifiziert die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 einen Betriebspunkt, der die Bedingungen erfüllt, dass eine Wärmemenge, die dem Hitzewert Qg entspricht, freisetzbar ist, und dass der Gesamtleistungsverbrauch der Kühlflüssigkeitspumpe 370 und des Radiatorventilators 360 minimiert wird. Die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 veranlasst dann, dass die Ventilatorsteuervorrichtung 260 und die Kühlflüssigkeitspumpensteuervorrichtung 270 jeweils den Radiatorventilator 360 bzw. die Kühlflüssigkeitspumpe 370 an dem spezifizierten Betriebspunkt steuern. In diesem Fall wird das in 4 bis 6 gezeigte Betriebsmuster nicht angewendet. Das Steuern des Radiatorventilators 360 und der Kühlflüssigkeitspumpe 370 an diesem spezifizierten Betriebspunkt erlaubt dem Heizwert Qg der Brennstoffzelle 100 freigesetzt zu werden und unterdrückt einen Temperaturanstieg der Brennstoffzelle 100, obwohl es Geräusche und Vibration erhöht. Diese Ausführungsform wählt den Ablauf als Fortsetzung zum Schritt S170 und anschließende Schritte oder die Fortsetzung der Schritte S200 und S210 basierend auf der Differenz der Subtraktion der Wärmefreisetzungskapazität Qr1 von dem Heizwert Qg. Eine Modifikation kann die Fortsetzung der Schritte S160 und S170 überspringen, aber die Verarbeitung der Schritte S200 und S210 durchführen, wenn der Heizwert Qg höher als die Wärmefreisetzungskapazität Qr1 ist. Wenn es keinen Betriebspunkt gibt, der die Bedingung erfüllt, dass eine Wärmemenge, die einem Heizwert Qg entspricht, freisetzbar ist, kann die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 die Antriebsspannung des Radiatorventils 360 maximieren, um die Wärmefreisetzungskapazität im Schritt S210 zu maximieren. In diesem Fall wird die verbleibende Wärme, die nicht freigesetzt wird, in der Kühlflüssigkeit gespeichert. Sogar nachdem der Hitzewert Qg gesenkt wird, kann die Kühlung bis zum Weglassen der Wärmespeicherung fortgesetzt werden. Wenn der Hitzewert Qg gesenkt wird, kann die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 die obere Grenze Vlu1 der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 absenken und der Unterdrückung von Rauschen und Vibration Priorität einräumen.
  • 8 ist ein Graph, der ein Beispiel der Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit v und der oberen Grenze Vlu1 der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 bezüglich verschiedener Heizwerte der Brennstoffzelle 100 zeigt. Die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 kann die obere Grenze Vlu1 der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 bestimmen, indem sie den Heizwert der Brennstoffzelle 100 zusätzlich zu der Fahrzeuggeschwindigkeit v berücksichtigt. Der obere Grenzwert Vlu1 der Antriebsspannung des Ventilators 360 wird von Vo3 auf Vo4 bei einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit v des Fahrzeugs 10 auf v2 erhöht. Wenn die Brennstoffzelle 100 einen niedrigen Heizwert aufweist (der durch die durchgezogene Linie gezeigt ist), wird die obere Grenze Vlu1 der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 von Vo4 auf Vo5 bei einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit v auf v6 erhöht. Wenn auf der anderen Seite die Brennstoffzelle 100 einen hohen Heizwert aufweist (gezeigt durch die Einpunkt-Kettenlinie), wird bei der Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit v auf v4 (v4<v6) die obere Grenze Vlu1 der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 von Vo4 auf Vo5 erhöht. Unter Berücksichtigung von Geräuschen und Vibration, ist es wünschenswert die obere Grenze Vlu1 der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 einzustellen, dass sie bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit v niedriger als v6 niedriger als Vo5 ist. Wenn die Brennstoffzelle 100 einen höheren Hitzewert aufweist (gezeigt durch eine Einpunkt-Kettenlinie), berücksichtigt die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 nicht Geräusche und Vibration. In diesem Fall wird bei einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit v auf v4 die obere Grenze Vlu1 der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 auf Vo5 erhöht. Dies räumt der Kühlung der Brennstoffzelle 100 Priorität ein, obwohl es Geräusche und Vibration, die durch den Radiatorventilator 360 verursacht werden, bezüglich der Geräusche und Vibration basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit v wahrnehmbar macht.
  • In dem Fall der Senkung der Fahrzeuggeschwindigkeit v, wenn die Brennstoffzelle 100 einen niedrigen Heizwert aufweist (gezeigt durch Strichlinie), wird gemäß dieser Ausführungsform die obere Grenze Vlu1 der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 lediglich nach einer Senkung der Fahrzeuggeschwindigkeit v auf v5 (v5< v6) auf Vo4 gesenkt. Wenn auf der anderen Seite die Brennstoffzelle 100 einen höheren Heizwert aufweist (gezeigt als Zweipunkt-Kettenlinie), wird lediglich nach einer Senkung der Fahrzeuggeschwindigkeit v auf v3 (v3<v4< v5) die obere Grenze Vlu1 der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 auf Vo3 gesenkt. Auf diese Weise kann eine Hysterese zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit v und der oberen Grenze Vlu1 der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 geschaffen sein. Dies unterdrückt das Nachlaufphänomen, dass die obere Grenze Vlu1 der Antriebsspannung des Ventilators 360 sogar bei einer kleinen Schwankung der Fahrzeuggeschwindigkeit v variiert wird.
  • 9 ist ein Flussdiagramm, das die Details der Verarbeitung des Schrittes S185 in der 7 zeigt. Nach dem Schritt S180 in 7 schreitet die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 zum Schritt S300 voran, um zu bestimmen, ob der Heizwert Qg niedriger als die Wärmefreisetzungskapazität Qr1 ist. Wenn der Hitzewert Qg der Wärmefreisetzungskapazität Qr1 gleich oder höher als diese ist, wird der Wert der Wärmespeicherung in der Kühlflüssigkeit nicht gesenkt. Die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 schreitet dementsprechend zum Schritt S160 in 7 voran. Wenn auf der anderen Seite der Heizwert Qg niedriger als die Wärmefreisetzungskapazität Qr1 im Schritt S300 ist, stellt die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 im Schritt S310 die obere Grenze der Antriebsspannung des Ventilators 360 auf Vlu2. Diese obere Grenzspannung Vlu2 ist niedriger als die obere Grenzspannung Vlu1, die basierend auf den Geräuschen und Vibration (Fahrzeuggeschwindigkeit) bestimmt wird.
  • 10 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit v und der oberen Grenze Vlu2 der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 bezüglich verschiedener Heizwerte der Brennstoffzelle 100 zeigt. Gemäß einem Vergleich mit dem Graphen der 8 ist die obere Grenze Vlu2 der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 bei einer in 10 gezeigten Fahrzeuggeschwindigkeit v niedriger als die obere Grenze Vlu1 der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 bei derselben Fahrzeuggeschwindigkeit v, die in 8 gezeigt ist.
  • Im folgenden Schritt S320 in 9 spezifiziert die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 einen Betriebspunkt, der die drei Bedingungen erfüllt, dass die Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 nicht höher als die obere Grenze Vlu2 ist, der Heizwert Qg niedriger als die Wärmefreisetzungskapazität Qr1 ist und der Gesamtleistungsverbrauch der Kühlflüssigkeitspumpe 370 und des Radiatorventilators 360 minimiert wird. Die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 veranlasst dann die Ventilatorsteuervorrichtung 260 und die Kühlflüssigkeitspumpensteuervorrichtung 270 jeweils den Radiatorventilator 360 bzw. die Kühlflüssigkeitspumpe 370 in dem spezifizierten Betriebspunkt zu steuern. Wenn die obere Grenze Vlu1 der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360, die gemäß der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 bestimmt wird, beispielsweise Vo3 ist, stellt die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 die obere Grenze Vlu2 der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 auf Vo2, d.h. niedriger als Vo3 ein. Wenn der freisetzbare Heizwert Qr erfüllt Q4≤ Qr< Q5, stellt die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 die Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 auf Vo2 und reguliert die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370, um einen Betriebspunkt zu spezifizieren. Dies macht eine Wärmemenge, die dem Heizwert Qg entspricht, freisetzbar, während gleichzeitig der Gesamtleistungsverbrauch der Kühlflüssigkeitspumpe 370 und des Radiatorventilators 360 reduziert wird. Dies unterdrückt auch eine Überkühlung durch verzögerte Temperaturantwort und resultierende Erhöhung des Leistungsverbrauchs.
  • Gemäß dieser Ausführungsform stellt die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 im Schritt S310 in 9 die obere Grenze der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 auf Vlu2 ein. Gemäß einer Modifikation, kann die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 die obere Grenze der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 bei Vlu1 beibehalten und die Strömungsrate beibehalten. Dies beschleunigt die Wärmefreisetzung im Vergleich mit der Einstellung der oberen Grenze der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 auf Vlu2.
  • Wie vorstehend beschrieben, stellt gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 die obere Grenze VLu1 der Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 basierend auf der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 und berechnet den Heizwert der Brennstoffzelle 100 aus der Menge der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle 100. Die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 steuert auch die Drehgeschwindigkeit rw (Strömungsrate) der Kühlflüssigkeitspumpe 370, die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360, und die Strömungaufteilungsrate dr des strömungaufteilenden Ventils 340, um die Bedingungen zu erfüllen, dass eine Wärmemenge, die dem Heizwert entspricht, freisetzbar ist und der Gesamtleistungsverbrauch der Kühlflüssigkeitspumpe 370 und des Radiatorventilators 360 unterhalb der oberen Grenze der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360 minimiert wird. Dies erzielt sowohl eine Unterdrückung von Geräuschen und Vibration als auch eine Reduktion des Leistungsverbrauchs. Wenn die Differenz der Subtraktion des Wärmefreisetzungswerts von dem Heizwert gleich einem vorbestimmten Kriteriumswert oder höher als dieser ist, steuert die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 die Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 und die Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 ohne die obere Grenze der Antriebsspannung des Radiatorventilators 360, um die Bedingungen zu erfüllen, dass eine Wärmemenge, die dem Heizwert entspricht, freisetzbar ist und der Gesamtleistungsverbrauch der Kühlflüssigkeitspumpe 370 und des Radiatorventilators 360 minimiert wird. Dies räumt der Kühlung der Brennstoffzelle 100 die Priorität über die Unterdrückung von Geräuschen und Vibration.
  • Gemäß dieser Ausführungsform stellt die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 die obere Grenze VLul der Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 basierend auf der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 ein und berechnet den Heizwert der Brennstoffzelle 100 aus der Menge an Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle 100. Gemäß einer Modifikation kann die Betriebsmusterberechnungsvorrichtung 250 eine Abbildung speichern, die eine Beziehung zwischen dem Wärmefreisetzungswert und der Antriebsspannung Vo des Radiatorventilators 360 und der Drehgeschwindigkeit rw der Kühlflüssigkeitspumpe 370 darstellt, um bezüglich verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten den Gesamtleistungsverbrauch zu minimieren.
  • Modifikation:
  • 11 ist ein Diagramm, das eine Brennstoffzelle und einen Kühlsystemkreislauf für die Brennstoffzelle gemäß einer Modifikation veranschaulicht. Der Kühlsystemkreislauf der 11 unterscheidet sich von dem Kühlsystemkreislauf 300 der 2 durch Weglassen der Umgehungsverrohrung 330 und des strömungaufteilenden Ventils 340. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschrieben, wenn der Wärmefreisetzungswert höher als Q1 ist, wird die Strömungaufteilungsrate auf 1 eingestellt (d.h. die Kühlflüssigkeit wird vollständig in den Radiator 350 strömen). Die Umgehungsverrohrung 330 und das strömungsaufteilende Ventil 340 können somit weggelassen werden. In diesem modifizierten Aufbau wird die Temperatur der Kühlflüssigkeit durch Regulieren des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators 360 und der Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe 370 gesteuert. Die Steuerung in diesem modifizierten Aufbau ist äquivalent zu der Steuerung in dem Aufbau der Ausführungsform, bei der die Strömungaufteilungsrate auf 1 eingestellt wird, wenn der Wärmefreisetzungswert höher als Q1 ist. Gemäß einer weiteren Modifikation kann lediglich das strömungsaufteilende Ventil 340 aus dem Aufbau der 2 ausgelassen werden. Die Steuerung in diesem modifizierten Aufbau ist äquivalent zu der Steuerung in dem Aufbau der Ausführungsform, bei der die Strömungaufteilungsrate auf einen festen Wert in dem Bereich von 0 bis 1 eingestellt wird. In diesem modifizierten Aufbau wird die Temperatur der Kühlflüssigkeit auch durch Regulieren des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators 360 und der Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe 370 gesteuert.

Claims (13)

  1. Brennstoffzellensystem, das in einem Brennstoffzellenfahrzeug (10) befestigt ist, wobei das Brennstoffzellensystem aufweist: eine Brennstoffzelle (100); einen Kühlsystemkreislauf (300), der einen Kühlflüssigkeitsversorgungspfad (310) enthält, der dazu eingerichtet ist, der Brennstoffzelle (100) eine Kühlflüssigkeit zuzuführen, einen Radiator (350), der dazu eingerichtet ist, die Kühlflüssigkeit abzukühlen, einen Radiatorventilator (360) und eine Kühlflüssigkeitspumpe (370), die in dem Kühlflüssigkeitsversorgungspfad (310) angeordnet ist, um der Brennstoffzelle (100) Kühlflüssigkeit zuzuführen; eine Steuervorrichtung (200); und ein Geschwindigkeitsmessgerät (120), das dazu eingerichtet ist, eine Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs (10) zu erlangen, wobei die Steuervorrichtung (200) in der Lage ist, eine erste Kühlsteuerung durchzuführen, die einen oberen Grenzwert des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators (360) gemäß der Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs (10) festlegt und eine Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370) oder das Antriebsausmaß des Radiatorventilators (360) unterhalb des oberen Grenzwerts des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators (360) reguliert, um die Brennstoffzelle (100) abzukühlen, und wobei in der ersten Kühlsteuerung die Steuervorrichtung (200) einen Wärmefreisetzungskapazitätsbereich, der durch die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370) und das Antriebsausmaß des Radiatorventilators (360) spezifiziert ist, in zumindest zwei Abschnitte unterteilt und eines von der Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370) und dem Antriebsausmaß des Radiatorventilators (360) ändert, während gleichzeitig das andere fixiert wird, um einen Wärmefreisetzungswert in jedem der zumindest zwei Abschnitte durch minimale elektrische Leistung zu erzielen.
  2. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (200) in der ersten Kühlsteuerung einen Heizwert der Brennstoffzelle (100) aus einer Menge an Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle (100) berechnet und die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370) und das Antriebsausmaß des Radiatorventilators (360) unter den oberen Grenzwert des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators (360) reguliert, so dass der Heizwert freigesetzt wird, während der Gesamtleistungsverbrauch der Kühlflüssigkeitspumpe (370) und des Radiatorventilators (360) minimiert wird.
  3. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 2, wobei, wenn in der ersten Kühlsteuerung der Heizwert nicht vollständig aus dem Kühlsystemkreislauf (300) freisetzbar ist, die Steuervorrichtung (200) veranlasst, dass eine Wärmemenge, die einer Differenz (Qg-Qr1) aus der Subtraktion des Wärmefreisetzungswerts (Qr1) von dem Heizwert (Qg) entspricht, in der Kühlflüssigkeit gespeichert wird, und wenn die in der Kühlflüssigkeit gespeicherte Wärmemenge in der ersten Kühlsteuerung freigesetzt wird, die Steuervorrichtung (200) ein niedrigeres Antriebsausmaß einstellt, das niedriger als der obere Grenzwert ist, der gemäß der Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs (10) eingestellt ist, und die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370) und das Antriebsausmaß des Radiatorventilators (360) beibehält, während sie das niedrigere Antriebsausmaß als eine obere Grenze verwendet, bis die Temperatur der Kühlflüssigkeit auf oder unter eine vorbestimmte Temperatur sinkt.
  4. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 3, wobei, sogar nachdem der Heizwert niedriger als der Wärmefreisetzungswert wird, die Steuervorrichtung (200) die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370) und das Antriebsausmaß des Radiatorventilators (360) beibehält, bis die Temperatur der Kühlflüssigkeit auf oder unter eine vorbestimmte Temperatur sinkt.
  5. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 2, wobei, wenn in der ersten Kühlsteuerung der Heizwert nicht vollständig freisetzbar ist und die Temperatur der Kühlflüssigkeit höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, die Steuervorrichtung (200) in der Lage ist, eine zweite Kühlsteuerung durchzuführen, die den gemäß der Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs (10) eingestellten oberen Grenzwert des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators (360) auf ein höheres Antriebsausmaß ändert, und die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370) und das Antriebsausmaß des Radiatorventilators (360) unter gleichzeitiger Verwendung des höheren Antriebsausmaßes als einen neuen oberen Grenzwert reguliert, um die Brennstoffzelle (100) abzukühlen.
  6. Brennstoffzellensystem gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner aufweist: eine Umgehungsverrohrung (330), die dazu eingerichtet ist, eine Strömung der Kühlflüssigkeit, die aus der Brennstoffzelle (100) ausgelassen wird, zu veranlassen, den Radiator (350) zu umgehen und der Kühlflüssigkeitspumpe (370) zugeführt zu werden; und ein strömungsaufteilendes Ventil (340), das dazu eingerichtet ist, die Strömung der Kühlflüssigkeit, die aus der Brennstoffzelle (100) in den Radiator (350) und in die Umgehungsverrohrung ausgelassen wird, aufzuteilen, wobei in der ersten Kühlsteuerung die Steuervorrichtung (200) einen Heizwert der Brennstoffzelle (100) aus einer Menge an Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle (100) berechnet und die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370), das Antriebsausmaß des Radiatorventilators (360) und eine Strömungsaufteilungsrate unterhalb des oberen Grenzwerts des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators (360) reguliert, so dass der Heizwert freigesetzt wird, während der Gesamtleistungsverbrauch der Kühlflüssigkeitspumpe (370) und des Radiatorventilators (360) minimiert wird.
  7. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 6, wobei in der ersten Kühlsteuerung die Steuervorrichtung (200) einen Wärmefreisetzungskapazitätsbereich, der durch die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370), das Antriebsausmaß des Radiatorventilators (360) und die Strömungsaufteilungsrate des strömungsaufteilenden Ventils spezifiziert ist, in zumindest zwei Abschnitte aufteilt und eines von der Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370), dem Antriebsausmaß des Radiatorventilators (360) und der Strömungsaufteilungsrate des strömungsaufteilenden Ventils ändert, um einen Wärmefreisetzungswert in jedem der zumindest zwei Abschnitte durch minimale elektrische Leistung zu erzielen.
  8. Ein Brennstoffzellenfahrzeug (10), das das Brennstoffzellensystem gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist, das in ihm befestigt ist.
  9. Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem, das in einem Brennstoffzellenfahrzeug (10) befestigt ist, wobei das Brennstoffzellensystem eine Brennstoffzelle (100); einen Kühlflüssigkeitsversorgungspfad (310), der dazu eingerichtet ist, eine Kühlflüssigkeit der Brennstoffzelle (100) zuzuführen; einen Radiator (350), der dazu eingerichtet ist, die Kühlflüssigkeit abzukühlen; einen Radiatorventilator (360); eine Kühlflüssigkeitspumpe (370), die in dem Kühlflüssigkeitsversorgungspfad (310) geschaffen ist, um der Brennstoffzelle (100) Kühlflüssigkeit zuzuführen; und ein Geschwindigkeitsmessgerät (120) aufweist, wobei das Steuerverfahren aufweist: in der Lage zu sein, eine erste Kühlsteuerung durchzuführen, die einen oberen Grenzwert des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators (360) gemäß der Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs (10) einstellt, und eine Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370) oder das Antriebsausmaß des Radiatorventilators (360) unterhalb des oberen Grenzwerts des Antriebsausmaßes des Radiators (350) reguliert, um die Brennstoffzelle (100) abzukühlen, wobei in der ersten Kühlsteuerung ein Wärmefreisetzungskapazitätsbereich, der durch die Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370) und das Antriebsausmaß des Radiatorventilators (360) spezifiziert ist, in zumindest zwei Abschnitte unterteilt wird und eines von der Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370) und dem Antriebsausmaß des Radiatorventilators (360) geändert wird, während gleichzeitig das andere fixiert wird, um einen Wärmefreisetzungswert in jedem der zumindest zwei Abschnitte durch minimale elektrische Leistung zu erzielen.
  10. Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 9, wobei das Steuerverfahren ferner aufweist: in der ersten Kühlsteuerung, Berechnen eines Heizwerts der Brennstoffzelle (100) aus einer Menge an Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle (100); und Regulieren der Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370) und des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators (360) unter den oberen Grenzwert des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators (360), so dass der Heizwert freigesetzt wird, während der Gesamtleistungsverbrauch der Kühlflüssigkeitspumpe (370) und des Radiatorventilators (360) minimiert wird.
  11. Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 10, wobei das Steuerverfahren ferner aufweist: wenn in der ersten Kühlsteuerung der Heizwert nicht vollständig freisetzbar ist, Veranlassen, dass eine Wärmemenge, die einer Differenz aus der Subtraktion des Wärmefreisetzungswerts von dem Heizwert entspricht, in der Kühlflüssigkeit gespeichert wird; und wenn in der ersten Kühlsteuerung der in der Kühlflüssigkeit gespeicherte Heizwert freigesetzt wird, Einstellen eines niedrigeren Antriebsausmaßes, das niedriger als der obere Grenzwert ist, der gemäß der Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs (10) eingestellt ist; und Beibehalten der Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370) und des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators (360) bei gleichzeitiger Verwendung des niedrigeren Antriebsausmaßes als ein oberer Grenzwert, bis die Temperatur der Kühlflüssigkeit auf oder unter eine vorbestimmte Temperatur sinkt.
  12. Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 11, wobei das Steuerverfahren ferner aufweist: sogar nachdem der Heizwert niedriger als der Wärmefreisetzungswert wird, Beibehalten der Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370) und des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators (360), bis die Temperatur der Kühlflüssigkeit auf oder unter eine vorbestimmte Temperatur sinkt.
  13. Steuerverfahren für das Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 10, wobei das Steuerverfahren ferner aufweist: wenn in der ersten Kühlsteuerung der Heizwert nicht vollständig freisetzbar ist und die Temperatur der Kühlflüssigkeit höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, in der Lage zu sein, eine zweite Kühlsteuerung durchzuführen, die den oberen Grenzwert des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators (360), der gemäß der Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs (10) eingestellt ist, auf einen höheren Antriebswert ändert; und Regulieren der Strömungsrate der Kühlflüssigkeitspumpe (370) und des Antriebsausmaßes des Radiatorventilators (360) bei gleichzeitiger Verwendung des höheren Antriebsausmaßes als ein neuer oberer Grenzwert, um die Brennstoffzelle (100) abzukühlen.
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