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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 14. November 2014 eingereichten japanischen Patentanmeldung mit der Nummer
JP 2014-231880 A , deren Inhalte in ihrer Gesamtheit hierin mit Bezugnahme aufgenommen sind.
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HINTERGRUND
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Steuern der Drehzahl eines Luftkompressors.
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2. Stand der Technik
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Bei konventionellen Brennstoffzellensystemen wird die Drehzahl eines Luftkompressors durch das Anpassen eines Drehmoment-Sollwerts, der dem Luftkompressor gemäß dem Stromerzeugungsbedarf einer Brennstoffzelle bereitgestellt wird, gesteuert. In
JP 2011-211770 A wird der Drehmoment-Sollwert unter Verwendung eines Drehzahlmesswerts, der von einem Ausgangssignal von einem an einem Antriebsmotor des Luftkompressors vorgesehenen Sensor erhalten wird, erhalten.
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Bei dieser konventionellen Methode kann jedoch beispielsweise das folgende Problem auftreten, wenn der Drehzahlmesswert über eine Mehrzahl von Steuerelementen übermittelt wird. Insbesondere wenn sich der Empfang des Messwerts verzögert, weicht der empfangene Messwert von einem tatsächlichen Wert der momentanen Drehzahl ab.
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Daher tritt eine Überschreitung der Drehzahl des Luftkompressors über eine Soll-Drehzahl auf.
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KURZFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um zumindest einen Teil des oben beschriebenen Problems zu lösen, und kann nach folgenden Aspekten realisiert werden.
- (1) Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem vorgesehen, das in ein Brennstoffzellenfahrzeug eingebaut ist. Das Brennstoffzellensystem kann einen Luftkompressor haben, der einer in das Brennstoffzellenfahrzeug eingebauten Brennstoffzelle Oxidationsgas zuführt, ein Messdrehzahl-Erfassungselement, das einen Drehzahlmesswert des Luftkompressors erfasst, und einen Controller, der einen Drehzahl-Sollwert des Luftkompressors anhand eines Stromerzeugungsbedarfs der Brennstoffzelle berechnet, einen Drehmoment-Sollwert des Luftkompressors anhand des berechneten Drehmoment-Sollwerts und der momentanen Drehzahl des Luftkompressors berechnet, und die Drehzahl des Luftkompressors anhand des berechneten Drehmoment-Sollwerts steuert. Der Controller kann die momentane Drehzahl des Luftkompressors anhand des von dem Messdrehzahl-Erfassungselement erfassten Drehzahlmesswerts und einem Verlauf des berechneten Drehmoment-Sollwerts schätzten, und kann den Drehmoment-Sollwert unter Verwendung der geschätzten Drehzahl berechnen. Bei dem Brennstoffzellensystem mit dieser Konfiguration wird der Drehmoment-Sollwert anstatt unter direkter Verwendung der momentanen Drehzahl des Luftkompressors (mit der Zeitverzögerung), unter Verwendung der momentanen Drehzahl des Luftkompressors, die anhand des Verlaufs des Drehmoment-Sollwerts geschätzt wird, erhalten. Daher kann der Einfluss der Verzögerung des Messwerts auf die Drehzahl reduziert werden. Dadurch kann eine Überschreitung der Drehzahl des Luftkompressors über eine Soll-Drehzahl reduziert werden.
- (2) Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem oben beschriebenen Aspekt, kann der Controller ein Filtern des von dem Messdrehzahl-Erfassungselement erfassten Drehzahlmesswerts ausführen, anhand der durch das Filtern erhaltenen Drehzahl und des Verlaufs des berechneten Drehmoment-Sollwerts die momentane Drehzahl schätzen, und den Drehmoment-Sollwert unter Verwendung der geschätzten Drehzahl berechnen. Bei dem Brennstoffzellensystem kann die Überschreitung, die aufgrund der Verzögerung bei dem Drehzahlmesswert durch das Filtern entsteht, reduziert werden, während der vorteilhafte Effekt des Filters erhalten wird.
- (3) Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem oben beschriebenen Aspekt, kann der Controller einen ersten Computer haben, der den Drehmoment-Sollwert berechnet, und einen zweiten Computer, der die Drehzahl des Luftkompressors anhand des Drehmoment-Sollwerts steuert. Der zweite Computer kann die von dem Messdrehzahl-Erfassungselement erfasste Drehzahl an den ersten Computer übermitteln. Bei dem Brennstoffzellensystem kann die Überschreitung reduziert werden, wenn der Empfang des Drehzahlmesswerts sich aufgrund einer Übermittlungsverzögerung zwischen dem ersten Computer und dem zweiten Computer verzögert.
- (4) Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem oben beschriebenen Aspekt, kann der Controller eine Glättungsverarbeitung des berechneten Drehmoment-Sollwerts ausführen, um einen tatsächlichen Drehmoment-Sollwert zu generieren, und die Drehzahl unter Verwendung des tatsächlichen Drehmoment-Sollwerts steuern, und der Controller kann den tatsächlichen Drehmoment-Sollwert entsprechend den einzelnen Werten in dem Verlauf des berechnen Drehmoment-Sollwerts schätzen, und die momentane Drehzahl anhand des geschätzten tatsächlichen Drehmoment-Sollwerts und des Drehzahlmesswerts schätzen. Bei dem Brennstoffzellensystem kann eine hochgenaue Drehzahlsteuerung des Luftkompressors ausgeführt werden.
- (5) Bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem oben beschriebenen Aspekt, kann der Verlauf des berechneten Drehmoment-Sollwerts eine Mehrzahl durch die Berechnung erhaltener aktuellster Drehmoment-Sollwerte umfassen. Bei dem Brennstoffzellensystem kann die momentane Drehzahl genauer geschätzt werden.
- (6) Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt ein Verfahren zum Steuern einer Drehzahl eines Luftkompressors in einem Brennstoffzellensystem mit einem Luftkompressor, der einer in einem Brennstoffzellenfahrzeug eingebauten Brennstoffzelle Oxidationsgas zuführt, vor. Das Verfahren zum Steuern der Drehzahl des Luftkompressors kann ein Erfassen eines Drehzahlmesswerts des Luftkompressors, und ein Berechnen eines Drehzahl-Sollwerts des Luftkompressors anhand eines Stromerzeugungsbedarfs der Brennstoffzelle umfassen, ein Berechnen eines Drehmoment-Sollwerts des Luftkompressors anhand des berechneten Drehzahl-Sollwerts und der momentanen Drehzahl des Luftkompressors, und ein Steuern der Drehzahl des Luftkompressors anhand des berechneten Drehmoment-Sollwerts. Bei dem Steuern der Drehzahl des Luftkompressors kann die momentane Drehzahl des Luftkompressors anhand des beim Erfassen des Drehzahlmesswerts erfassten Messwerts und eines Verlaufs des berechneten Drehmoment-Sollwerts geschätzt werden, und der Drehmoment-Sollwert unter Verwendung der geschätzten Drehzahl berechnet werden. Bei dem Verfahren zum Steuern der Drehzahl eines Luftkompressors mit dieser Konfiguration, kann die Überschreitung der Drehzahl des Luftkompressors über eine Solldrehzahl, wie bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem oben beschriebenen Aspekt, reduziert werden.
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Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen anderen Ausführungsformen als dem Brennstoffzellensystem oder dem Verfahren zum Steuern der Drehzahl eines Luftkompressors realisiert werden. Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise als ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem, ein Computerprogramm zur Implementierung von Schritten im Verfahren zum Steuern der Drehzahl eines Luftkompressors, und ein Aufzeichnungsmedium, über das das Computerprogramm aufgezeichnet wird, realisiert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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2 ist ein Steuerblockdiagramm, das eine Drehzahlsteuerung für einen Luftkompressor darstellt.
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3 ist ein Ablaufschaubild, das die Veränderung einer Drehzahl und eines Drehmoment-Sollwerts des Luftkompressors bei der Ausführungsform im Zeitverlauf darstellt.
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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A. Hardware-Konfiguration
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1 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Brennstoffzellenfahrzeugs 20 als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Brennstoffzellenfahrzeug 20 ist ein Allradfahrzeug und hat ein Brennstoffzellensystem 30, einen Akkumulator 80, einen Stromversorgungsmechanismus 85, und einen Antriebsmechanismus 90.
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Das Brennstoffzellensystem 30 hat einen Brennstoffzellenstapel 40, einen Luftzufuhr- und ausleitemechanismus 60, und eine Steuereinheit 100. Das Brennstoffzellensystem 30 hat als Strömungswege, abgesehen von dem Luftzufuhr- und ausleitemechanismus 60 auch einen Wasserstoffgaszufuhr- und ausleitemechanismus und einen Kühlwasserzirkulationsmechanismus, die nicht im direkten Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung stehen und daher nicht beschrieben werden.
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Der Brennstoffzellenstapel 40 erzeugt Strom durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff, und wird durch Stapeln einer Mehrzahl von Einheitszellen 41 gebildet. Jede der Einheitszellen 41 hat eine Anode, eine Kathode, ein Elektrolyt, einen Separator, und dergleichen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Brennstoffzellenstapel 40, der aus verschiedenen Brennstoffzellenarten bestehen kann, eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle.
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Der Luftzufuhr- und ausleitemechanismus 60 führt dem Brennstoffzellenstapel 40 Luft als Oxidationsgas zu und leitet sie aus diesem aus. Der Luftzufuhr- und ausleitemechanismus 60 hat einen Luftzufuhrweg 61 und einen Luftausleiteweg 66. Der Luftzufuhrweg 61 und der Luftausleiteweg 66 sind Strömungswege, über die Atmosphärenöffnungen des Luftzufuhrwegs 61 und der Luftausleitewegs 66 mit dem Brennstoffzellenstapel 40 verbunden sind. Ein Luftfilter ist an der Atmosphärenöffnung des Luftzufuhrwegs 61 angeordnet.
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Der Luftzufuhr- und ausleitemechanismus 60 hat einen Luftkompressor 62, der an einem mittigen Abschnitt des Luftzufuhrwegs 61 angeordnet ist. Der Luftkompressor 62 saugt Luft von der Atmosphärenöffnungsseite des Luftzufuhrwegs 61 an und komprimiert die Luft. Der Luftkompressor 62 hat einen Luftkompressor-Motor 62m, zum Antrieb des Luftkompressors 62, und einen Luftkompressor-Drehzahlsensor 62s, der die Drehzahl des Luftkompressors 62 ermittelt.
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Der Luftzufuhr- und ausleitemechanismus 60 hat einen Drucksensor 65 als Druckerfassungselement. Der Drucksensor 65 ermittelt den Luftdruck in dem Luftzufuhrweg 61.
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Der Stromversorgungsmechanismus 85 ist mit dem Brennstoffzellenstapel 40 verbunden und führt strombetriebenen Ausstattungsteilen Strom zu, der von dem Brennstoffzellenstapel 40 erzeugt wird. Beispiele für strombetriebene Ausstattungsteilen sind ein Motor 91, der Antriebsräder 92 des Antriebsmechanismus 90 antreibt, ein Kompressor (nicht dargestellt) zur Luftkühlung, und dergleichen. Der Stromversorgungsmechanismus 85 übermittelt und empfängt nicht nur Strom von und zu dem Brennstoffzellensystem 30, sondern auch von und zu dem Akkumulator 80. Bei der vorliegenden Ausführungsform, bei der der Brennstoffzellenstapel 40 als Hauptantriebsquelle des Brennstoffzellenfahrzeugs 20 dient, wird der Akkumulator 80 als eine Stromquelle genutzt, die das Brennstoffzellenfahrzeug 20 während einer Phase antreibt, in der die Stromerzeugungsmenge des Brennstoffzellenstapels 40 gering ist, wie in einer Phase direkt nach dem Start des Brennstoffzellenfahrzeugs 20. Der Akkumulator 80 ist eine Sekundärbatterie, der Strom speichern und abgeben kann, und kann beispielsweise ein Nickel-Hydrid-Akku oder dergleichen sein.
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Die Steuereinheit 100 steuert einen Betrieb des Brennstoffzellensystems 30. Die Steuereinheit 100 steuert verschiedene Vorgänge, wie einen Betrieb des Luftkompressors 62 durch den Empfang verschiedener Signale. Beispiele für die Signale sind Ausgangssignale eines Spannungssensors 43, der die Stromerzeugungsspannung des Brennstoffzellenstapels 40 ermittelt, ein Beschleuniger- bzw. Gaspedalpositionssensor 150s, der den Betätigungsbetrag eines Beschleunigerpedals bzw. Gaspedals 150 des Brennstoffzellenfahrzeugs 20 ermittelt (nachstehend als ”Gaspedalposition” bezeichnet), und dergleichen. Das Gaspedal 150 wird von einem Fahrer betätigt.
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Die Steuereinheit 100 umfasst insbesondere eine erste, zweite, und dritte elektronische Steuereinheit (ECU) 110, 120, und 130. Die elektronischen Steuereinheiten 110, 120, und 130 sind jeweils Mikrocomputer, die eine zentrale Recheneinheit (CPU) enthalten, einen Arbeitsspeicher (RAM), und einen Festwertspeicher (ROM). Die erste ECU 110 steuert das Brennstoffzellensystem 30. Die zweite ECU 120 steuert den Luftkompressor 62. Die dritte ECU 130 ist mit der ersten ECU 110 und zweiten ECU 120 verbunden und kann bidirektional mit ihnen kommunizieren, und führt die Gesamtsteuerung eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs aus. Die dritte ECU 130 stellt insbesondere das Antriebsdrehmoment des Fahrzeugs entsprechend der von dem Gaspedalpositionssensor 150s ermittelten Gaspedalposition ein, und führt die Steuerung derart aus, dass das eingestellte Antriebsdrehmoment erreicht wird. Die erste ECU 110, die zweite ECU 120, und die dritte ECU 130 wirken zusammen, um die Verarbeitung der Drehzahlsteuerung des Luftkompressors 62 durchzuführen.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform hat die Steuereinheit 100 drei elektronische Steuereinheiten 110, 120, und 130. Alternativ können die drei elektronischen Steuereinheiten 110, 120, und 130 als eine einzige ECU angelegt sein. Ferner können die zweite ECU 120 und die dritte ECU 130 als einzige ECU angelegt sein, oder die erste ECU 110 und die dritte ECU 130 können als eine einzige ECU angelegt sein.
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B. Drehzahlsteuerung für Luftkompressor:
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2 ist ein Steuerblockdiagramm, das eine Drehzahlsteuerung für einen Luftkompressor 62 darstellt. Wie in 2 dargestellt ist, wird eine Gaspedalposition θ, die von dem Gaspedalpositionssensor 150s ermittelt wird, an die dritte ECU 130 übermittelt.
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Die dritte ECU 130 hat eine Stromerzeugungsbedarf-Berechnungseinheit 131 als ein Funktionsbauteil. Die Stromerzeugungsbedarf-Berechnungseinheit 131 berechnet den Stromerzeugungsbedarf des Brennstoffzellenstapels 40 anhand der Gaspedalposition θ. Der Stromerzeugungsbedarf kann unter Berücksichtigung von Hilfsmaschinen des Brennstoffzellenfahrzeugs 20 und des Stromverbrauchs einer Luftkühlungsvorrichtung, und unter Berücksichtigung von Strom, der von dem Akkumulator 80 erhalten werden kann, berechnet werden. Der berechnete Stromerzeugungsbedarf wird an die erste ECU 110 übermittelt. Die Gaspedalposition θ kann direkt an die erste ECU 110 übermittelt werden, und der Stromerzeugungsbedarf kann von Seiten der ersten ECU 110 berechnet werden.
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Die erste ECU 110 hat einen Luftkompressor-(nachstehend wie geeignet als ”ACP” bezeichnet)-Drehzahl-Sollwert-Berechnungseinheit 112 als ein Funktionsbauteil. Zunächst erfasst die ACP-Drehzahl-Sollwert-Berechnungseinheit 112 den von der dritten ECU 130 übermittelten Stromerzeugungsbedarf, und berechnet eine Strömungsrate der Luft, die dem Brennstoffzellenstapel 40 zugeführt werden muss, damit der Brennstoffzellenstapel 40 den Stromerzeugungsbedarf ausgibt. Anschließend berechnet die ACP-Drehzahl-Sollwert-Berechnungseinheit 112 einen Drehzahl-Sollwert Sn des Luftkompressors 62, der zur Zufuhr der Luft mit der berechneten Strömungsrate benötigt wird.
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Die ACP-Drehzahl-Sollwert-Berechnungseinheit 112 führt die verschiedenen Berechnungen unter Bezug auf ein zuvor angelegtes Kennfeld in der ROM und durch Berechnungen und dergleichen aus. Anschließend übermittelt die erste ECU 110 den Drehzahl-Sollwert Sn, der von der ACP-Drehzahl-Sollwert-Berechnungseinheit 112 berechnet wurde, an die dritte ECU 130.
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Die dritte ECU 130 hat (i) eine ACP-Motorendrehmoment-Sollwert-Berechnungseinheit 132 (nachstehend als ”AMT-Sollwert-Berechnungseinheit 132” bezeichnet), (ii) eine ACP-Tatsächliches-Motorendrehmoment-Schätzwert-Berechnungseinheit 134 (nachstehend als ”AAMT-Schätzwert-Berechnungseinheit 134” bezeichnet), und (iii) eine ACP-Drehzahl-Schätzrohwert-Berechnungseinheit 136 (nachstehend als ”ARS-Schätzrohwert-Berechnungseinheit 136” bezeichnet) als Funktionsbauteile. Die AMT-Sollwert-Berechnungseinheit 132 erfasst den von der ersten ECU 110 übermittelten Drehzahl-Sollwert Sn, und erfasst den Drehzahl-Schätzrohwert Ne von der ARS-Schätzrohwert-Berechnungseinheit 136. Der Drehzahl-Schätzrohwert Ne zeigt einen Wert (d. h. Rohwert oder momentaner Wert) der momentanen Drehzahl des Luftkompressors 62 an, und ist ein Schätzwert, der von der ARS-Schätzrohwert-Berechnungseinheit 136 erhalten wird. Die AAMT-Schätzwert-Berechnungseinheit 134 und die ARS-Schätzrohwert-Berechnungseinheit 136 wirken zusammen, um die Verarbeitung des Schätzens des Rohwerts der momentanen Drehzahl durchzuführen. Der Betrieb der AAMT-Schätzwert-Berechnungseinheit 134 und der ARS-Schätzrohwert-Berechnungseinheit 136 ist nachstehend beschrieben.
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Anschließend berechnet die AMT-Sollwert-Berechnungseinheit 132 unter Verwendung des erhaltenen Drehzahl-Sollwerts Sn und des Drehzahl-Schätzrohwerts Ne des Luftkompressors 62 einen Drehmoment-Sollwert St für den Luftkompressor 62. Der Drehmoment-Sollwert St eines positiven Werts wird zur Erhöhung der Drehzahl des Luftkompressors 62 verwendet, und der Drehmoment-Sollwert St eines negativen Werts oder eines Werts 0 wird zur Herabsetzung der Drehzahl des Luftkompressors 62 verwendet. Diese Berechnung wird unter Bezug auf das in der ROM zuvor angelegte Kennfeld oder dergleichen ausgeführt. Anschließend übermittelt die dritte ECU 130 den Drehmoment-Sollwert St, der von der AMT-Sollwert-Berechnungseinheit 132 berechnet wurde, an die zweite ECU 120.
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Die zweite ECU 120 hat (i) eine ACP-Motorendrehmoment-Sollwert-Eingangsverarbeitungseinheit 122 (nachstehend als ”AMT-Sollwert-Eingangsverarbeitungseinheit 122” bezeichnet), (ii) eine ACP-Umrichterstrom-Sollwert-Berechnungseinheit 124 (nachstehend als ”AIC-Sollwert-Berechnungseinheit 124” bezeichnet), (iii) eine ACP-Drehzahl-Messwert-Berechnungseinheit 126 (nachstehend als ARS-Messwert-Berechnungseinheit 126” bezeichnet), und (iv) eine Filtereinheit 128 als Funktionsbauteile. Die AMT-Sollwert-Eingangsverarbeitungseinheit 122 erfasst den von der dritten ECU 130 übermittelten Drehmoment-Sollwert St. Anschließend führt die AMT-Sollwert-Eingangsverarbeitungseinheit 122 eine Glättungsverarbeitung des erfassten Drehmoment-Sollwerts St durch. Die Glättungsverarbeitung ist eine Verarbeitung der Glättung des momentanen Drehmoment-Sollwerts St mit den Drehmoment-Sollwerten innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne in der Vergangenheit. Der Drehmoment-Sollwert St nach der Glättungsverarbeitung wird der AIC-Sollwert-Berechnungseinheit 124 als ein tatsächlicher Drehmoment-Sollwert St*1 übermittelt.
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Die AIC-Sollwert-Berechnungseinheit 124 erhält anhand des von der AMT-Sollwert-Eingangsverarbeitungseinheit 122 übermittelten tatsächlichen Drehmoment-Sollwerts St*1 einen Umrichterstrom-Sollwert Si als einen Befehl an einen Umrichter, der mit dem Luftkompressor-Motor 62m verbunden ist. Anschließend gibt die AIC-Sollwert-Berechnungseinheit 124 den berechneten Umrichterstrom-Sollwert Si an einen Umrichter des Luftkompressor-Motors 62m aus.
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Wie oben stehend beschrieben ist, wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Schätzrohwert der momentanen Drehzahl des Luftkompressors 62 als der für die Berechnung der AMT-Sollwert-Berechnungseinheit 132 der dritten ECU 130 benötigte Drehzahl-Schätzrohwert Ne verwendet. Der Schätzwert wird aus folgenden zwei Gründen anstelle einer direkten Verwendung des von dem Sensorsignal des Luftkompressor-Drehzahlsensor 62s erhaltenen Messwerts verwendet.
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Der Messwert enthält Geräusche und dergleichen, und es ist daher üblich ein Filtern zur Entfernung der Geräusche auszuführen. Dies hat zur Folge, dass sich der Messwert von dem Rohwert der momentanen Drehzahl verzögert. Ferner tritt eine Übermittlungsverzögerung zwischen der dritten ECU 130 und der zweiten ECU 120 auf. In Anbetracht dessen, wird anstelle einer direkten Verwendung des von dem Sensorsignal des Luftkompressor-Drehzahlsensors 62s erhaltenen Messwerts, der Schätzwert verwendet, um durch diese Verzögerung entstehende Probleme zu verhindern.
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Der Schätzrohwert der momentanen Drehzahl des Luftkompressors 62 wird wie folgt erhalten. Zunächst empfängt die zweite ECU 120 ein Sensorsignal SS des Luftkompressor-Drehzahlsensors 62s.
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Die ARS-Messwert-Berechnungseinheit 126 der zweiten ECU 120 berechnet den Schätzwert Ns der Drehzahl des ACP-Luftkompressors 62 anhand des Sensorsignals SS des Luftkompressor-Drehzahlsensors 62s.
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Die Filtereinheit 128 führt das Filtern aus, um die Geräusche auf einem von der ARS-Messwert-Berechnungseinheit 126 berechneten Drehzahlmesswert Ns zu entfernen. Das Filtern muss nicht unbedingt die Glättungsverarbeitung (Abrundungsverarbeitung), die in der oben beschriebenen Konfiguration angewendet wird, sein. Eine Verarbeitung abgesehen von der Glättungsverarbeitung kann durchgeführt werden, solange Hochfrequenzkomponenten, in einem Graph des Drehzahl-Messwerts mit horizontaler und vertikaler Achse, die jeweils die Zeit und den Drehzahl-Messwert darstellen, mit oder über einer vorgegebenen Frequenz entfernt werden können. Der durch das Filtern erhaltene Drehzahl-Messwert Ns wird als ein Drehzahl-Filterwert Ns* an die dritte ECU 130 übermittelt.
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Die AAMT-Schätzwert-Berechnungseinheit 134 der dritten ECU 130 führt eine Verarbeitung der Berechnung eines tatsächlichen Drehmoment-Schätzwerts St*2 mittels des Drehmoment-Sollwerts St, der von AMT-Sollwert-Berechnungseinheit 132 berechnet wurde, durch. Diese Verarbeitung wird durchgeführt, um den tatsächlichen Drehmoment-Sollwert St*1 (oder seinen Annäherungswert) zu erhalten, um dem Luftkompressor 62 in der dritten ECU 130 ein Drehmoment zu liefern, und entspricht dem Glättungsprozess, der von AMT-Sollwert-Eingangsverarbeitungseinheit 122 ausgeführt wird. Ein Wert, der auf dem Glättungsprozess hervorgeht, wird temporär in dem RAM als der tatsächliche Drehmoment-Schätzwert St*2 gespeichert. Insbesondere wird der tatsächliche Drehmoment-Schätzwert St*2 jedes Mal erhalten, wenn die AAMT-Schätzwert-Berechnungseinheit 134 die Berechnung ausführt. Eine Mehrzahl (drei bei der vorliegenden Ausführungsform) der aktuellsten tatsächlichen Drehmoment-Schätzwerte St*2 werden in dem RAM gespeichert, und werden an die ARS-Schätzrohwert-Berechnungseinheit 136 übermittelt. Die Anzahl der gespeicherten tatsächlichen Drehmoment-Schätzwerte St*2 kann eine andere als drei sein, beispielsweise zwei, vier, fünf, oder dergleichen.
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Die ARS-Schätzrohwert-Berechnungseinheit 136 erhält von der Mehrzahl tatsächlicher Drehmoment-Schätzwerte St*2 einen Drehzahl-Schätzrohwert Ne als Schätzrohwert der momentanen Drehzahl des Luftkompressors 62 und einen von der zweiten ECU 120 übermittelten Drehzahl-Filterwert Ns*.
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Der Drehmoment und die Drehzahl (bei einer Drehzahl pro Einheitszeit, Drehgeschwindigkeit) des Luftkompressor-Motors 62m stehen wie im Fall eines allgemeinen Motors miteinander in Verbindung. Daher kann, wenn der Rohwert der momentanen Drehzahl des Luftkompressors 62 und das tatsächlich auf den Luftkompressor-Motor 62m angewendete Drehmoment erkannt werden, die von dem Drehmoment erhaltene Drehzahl erkannt werden. Dementsprechend erfasst die ARS-Schätzrohwert-Berechnungseinheit 136 eine Mehrzahl der aktuellsten Schätzwerte des tatsächlichen Drehmoment-Sollwerts als die tatsächlichen Drehmoment-Schätzwerte St*2 von der AAMT-Schätzwert-Berechnungseinheit 134. Anschließend verwendet die ARS-Schätzrohwert-Berechnungseinheit 136 eine Änderungsrate der Drehzahl anhand der tatsächlichen Drehmoment-Schätzwerten St*2 um den von der zweiten ECU 120 übermittelten Drehzahl-Filterwert Ns* zu verarbeiten. Daher wird der Drehzahl-Schätzrohwert Ne als geschätzte momentane Drehzahl des Luftkompressors 62 erhalten, auf den die Änderung der Drehzahl während des Verzögerungsabschnitts reflektiert wird.
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Wie oben stehen beschrieben ist, wirken die erste ECU 110, die zweite ECU 120, und die dritte ECU 130 zusammen, um die Drehzahl des Luftkompressors 62 zu steuern. Dies hat zur Folge, dass die Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels 40 angemessen auf ein Level entsprechend dem Stromerzeugungsbedarf angepasst werden kann.
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C. Effekt der Ausführungsform:
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3 ist ein Ablaufschaubild, das die Veränderung einer Drehzahl und eines Drehmoment-Sollwerts des Luftkompressors 62 bei der Ausführungsform im Zeitverlauf darstellt. Die Graphen a und b in der Figur stellen jeweils die Drehzahl und den Drehmoment-Sollwert dar.
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In dem Graphen a in 3 steht eine Punkt-Strich-Linie für den Drehzahl-Filterwert Ns*, der von der Filtereinheit 128 der zweiten ECU 120 erhalten wird, eine dicke Linie steht für den Drehzahl-Schätzrohwert Ne, der von der ARS-Schätzrohwert-Berechnungseinheit 136 erhalten wird, und eine dünne Linie steht für den Drehzahl-Sollwert Sn, der von der ersten ECU 110 erhalten wird.
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Eine große Überschreitung der tatsächlichen Drehzahl N* bei der konventionellen Methode, angezeigt durch eine Zwei-Punkt-Strich-Linie, über den Drehzahl-Sollwert Sn als die Soll-Drehzahl tritt auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet die AMT-Sollwert-Berechnungseinheit 132 den von der ARS-Schätzrohwert-Berechnungseinheit 136 berechneten Drehzahl-Schätzrohwert Ne, um den Drehmoment-Sollwert zu erhalten. Daher beginnt der tatsächliche Drehmoment-Sollwert St*1 bei einem Zeitpunkt t1, zu dem der in Graph a in 3 dargestellte Drehzahl-Schätzrohwert Ne die vorgegebene Prozentzahl des Drehzahl-Sollwerts Sn (hier 90%) erreicht, auf Grund der Rückkopplungskontrolle (der Graph b in 3) zu fallen. Daher beginnt der Drehzahl-Schätzrohwert Ne nur basierend auf dem Messwert früher als die Drehzahl N* anzusteigen, wodurch die Zeitabstimmung des Drehmoment-Sollwerts zu dem Luftkompressor 62 im Vergleich zu der konventionellen Methode verbessert ist. Dies hat zur Folge, dass der Überschreitungsbereich des Drehzahl-Filterwerts Ns* im Vergleich zu der konventionellen Methode, wie in dem Graph a in 3 dargestellt ist, reduziert ist.
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Wie oben stehend detailliert beschrieben ist, kann bei dem Brennstoffzellensystem 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Überschreitung der Drehzahl des Luftkompressors 62 über die Soll-Drehzahl reduziert werden. Dies hat zur Folge, dass die Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels 40 angemessen auf ein Level entsprechend dem Stromerzeugungsbedarf des Brennstoffzellenstapels 40 angepasst werden kann.
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D. Modifikationen:
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Modifikation 1:
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Bei der Ausführungsform verzögert sich der Empfang des Drehzahl-Messwerts des Luftkompressors 62 aus den zwei Gründen, auf Grund des Filters und auf Grund der Übermittlungsverzögerung zwischen der dritten ECU 130 und der zweiten ECU 120. Die vorliegende Erfindung kann in einem System angewendet werden, in dem der Empfang des Drehzahl-Messwerts des Luftkompressors 62 sich aus einem der zwei Gründe verzögert. Die vorliegende Erfindung kann ferner in einem System mit einer beliebigen Konfiguration angewendet werden, bei der der Empfang des Drehzahl-Messwerts des Luftkompressors sich auf Grund eines anderen Grund als der zwei oben beschriebenen Gründe verzögert.
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Modifikation 2:
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Bei der Ausführungsform führt die AMT-Sollwert-Eingangsverarbeitungseinheit 122 der zweiten ECU 120 die Glättungsverarbeitung bei dem von der dritten ECU 130 erhaltenen Drehmoment-Sollwert St aus, und das tatsächliche Drehmoment wird von der AIC-Sollwert-Berechnungseinheit 124 anhand des tatsächlichen Drehmoment-Sollwert St*1 als Ergebnis der Glättungsverarbeitung berechnet. Alternativ kann das tatsächliche Drehmoment unter Verwendung des von der dritten ECU 130 erhaltenen Drehmoment-Sollwerts St berechnet werden, ohne die Glättungsverarbeitung der AMT-Sollwert-Eingangsverarbeitungseinheit 122 auszuführen. Hier kann in der dritten ECU 130 eine Mehrzahl (beispielsweise drei) der von der AMT-Sollwert-Berechnungseinheit 132 erhaltenen aktuellsten Drehmoment-Sollwerte St als Drehmoment-Sollwert-Verlauf an die ARS-Schätzrohwert-Berechnungseinheit 136 übermittelt werden, ohne die Glättungsverarbeitung der AAMT-Schätzwert-Berechnungseinheit 134 auszuführen. Der Drehmoment-Sollwert-Verlauf ist nicht auf die drei aktuellsten Drehmoment-Sollwerte beschränkt, sondern kann n-te (Ganzzahl gleich oder größer als 0) bis m-te (Ganzzahl gleich oder größer als 1) Drehmoment-Sollwerte des aktuellsten Drehmoment-Sollwerts sein.
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Modifikation 3:
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Bei der Ausführungsform wird der Stromerzeugungsbedarf des Brennstoffzellenstapels 40 anhand der Gaspedalposition θ in der dritten ECU 130 berechnet. Die Weise, auf die der Stromerzeugungsbedarf berechnet wird, ist jedoch nicht auf diese Weise beschränkt. Der Stromerzeugungsbedarf eines automatischen Fahrzeugs kann beispielsweise nicht anhand der Gaspedalposition θ berechnet werden, sondern anhand eines Fahrzustands des Fahrzeugs.
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Ein Teil der Funktionen, die bei der Ausführungsform durch Software implementiert werden, können durch Hardware (beispielsweise eine integrierte Schaltung) implementiert werden, während ein Teil der durch Hardware implementierten Funktionen bei der Ausführungsform durch Software implementiert werden können. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform und die Modifikationen beschränkt, und kann in verschiedenen Formen implementiert werden, sofern nicht von dem Hauptinhalt der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Es können beispielsweise die technischen Merkmale in der Ausführungsform und den Modifikationen, die den technischen Merkmalen in den in ”Kurzfassung” beschriebenen Aspekten entsprechen, wie geeignet ersetzt oder kombiniert werden, um das oben beschriebene Problem teilweise oder vollständig zu lösen oder um die oben beschriebenen Effekte teilweise oder vollständig zu erreichen. Ferner sind die Komponenten in der Ausführungsform und den Modifikationen anders als die Komponenten in den unabhängigen Ansprüchen optional und können wie geeignet weggelassen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014-231880 A [0001]
- JP 2011-211770 A [0003]
