DE102017113847A1

DE102017113847A1 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102017113847A1
Application number: DE102017113847.1A
Authority: DE
Inventors: Ryo KAJIURA; Kenji Umayahara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2037-06-23
Also published as: DE102017113847B4; US20170373333A1; CN107546402B; US10644334B2; CN107546402A; JP6369763B2; JP2018005997A

Abstract

Eine MG-ECU (501) erhält die Drehzahl Na eines ACP (400). Die MG-ECU (501) übermittelt die erhaltene Drehzahl (eine PM-Eingangsdrehzahl) Na des ACP (400) an eine PM-ECU (502) durch Kommunikation. Die PM-ECU (502) erhält einen Drehzahlvorhersagewert Np durch Addieren einer Drehzahländerungsweite Cvw zur PM-Eingangsdrehzahl Na, die von der verzögerten MG-ECU (501) erhalten wurde. Ein Grenzdrehmoment Trl2 wird unter Verwendung des Drehzahlvorhersagewerts Np und einer zulässigen ACP-Leistungsniveaulinie L1 erhalten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In den letzten Jahren wurde brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen, die eine Brennstoffzelle sowie eine Sekundärbatterie als Stromquellen nutzen, zunehmend Aufmerksamkeit geschenkt (siehe beispielsweise die japanische Patentanmeldung JP 2015-220961 A ). Die der Brennstoffzelle zugeführte Luft wird aus der Außenluft angesaugt und durch einen im Fahrzeug befindlichen Luftkompressor (nachfolgend als ACP bezeichnet) zwangszugeführt. Die Drehzahl eines Motors, der in den Luftkompressor als Antriebsquelle eingebaut ist, wird entsprechend dem Betriebszustand der Brennstoffzelle gesteuert, und die Menge der der Brennstoffzelle zugeführten Luft wird eingestellt.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
5 zeigt eine Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Einstellen der Menge an Luft durch den ACP aus dem Stand der Technik. Ein Brennstoffzellensystem ist mit einer FC-Stromquelle 100 und einer Batterie-Stromquelle 200 ausgestattet. Die FC-Stromquelle 100 hat eine Brennstoffzelle 10 sowie einen Hochsetzsteller (der nachfolgend als FC-Wandler bezeichnet wird) 20. Die Batterie-Stromquelle 200 hat eine Batterie 30 sowie einen Hochsetzsteller (der nachfolgend als Batteriewandler bezeichnet wird) 40. Die von der FC-Stromquelle 100 und/oder der Batterie-Stromquelle 200 zugeführte elektrische Leistung wird einem ACP 400 und dergleichen über einen Inverter bzw. Wechselrichter 300 zugeführt. Der Antrieb des ACP 400 und des Wechselrichters 300 wird durch eine Steuereinheit 500 gesteuert.
Die Steuereinheit 500 ist derart ausgestaltet, dass sie eine MG-ECU 501, eine PM-ECU 502 sowie eine FC-ECU 503 umfasst. Die MG-ECU 501 erhält durch Kommunikation ein Signal Sθ, das einen elektrischen Winkel bzw. Stromwinkel oder Phasenwinkel θ (EN: electric angle) des Inverters 300 anzeigt, und ermittelt eine Drehzahl Na des ACP 400 aus dem Bewegungsbetrag des elektrischen Winkels θ. Die MG-ECU 501 überträgt die erhaltene Drehzahl Na des ACP 400 an die PM-ECU 502 durch Kommunikation.
Die PM-ECU 502 erhält ein Grenzdrehmoment Trl1 unter Verwendung der erhaltenen Drehzahl Na und eines Kennfelds, das eine zulässige Leistung (nachfolgend als zulässige ACP-Leistung Kennfeld bezeichnet) Mp anzeigt oder dergleichen. Demgegenüber erhält die FC-ECU 503 einen Drehzahlsollwert Crpm basierend auf einem Beschleunigerniederdrückbetrag, der durch einen Beschleunigerpositionssensor oder dergleichen erfasst wird, und führt den erhaltenen Drehzahlsollwert Crpm der PM-ECU 502 zu. Die PM-ECU 502 ermittelt ein Solldrehmoment Trc1 basierend auf dem Drehzahlsollwert Crpm, der von der PM-ECU 502 zugeführt wird, und vergleicht dann das erhaltene Solldrehmoment Trc1 mit dem Grenzdrehmoment. Wenn das erhaltene Solldrehmoment Trc1 kleiner als das Grenzdrehmoment Trl1 ist, gibt die PM-ECU 502 das Solldrehmoment Trc1 direkt an die MG-ECU 501 aus. Wenn dagegen das erhaltene Solldrehmoment Trc1 größer als das Grenzdrehmoment Trl1 ist, verringert die PM-ECU 502 das Solldrehmoment Trc1 auf das Grenzdrehmoment Trl1 und gibt dieses Grenzdrehmoment Trl1 an die MG-ECU 501 als Solldrehmoment Trc1 aus. Die MG-ECU 501 steuert den Antrieb des ACP 400 durch Berechnen eines Stromsollwerts Ic basierend auf dem gegebenen Solldrehmoment Trc1 und durch Zuführen des berechneten Stromsollwerts Ic an den Wechselrichter 300.
Im Übrigen überträgt bei der vorstehend genannten Konfiguration die MG-ECU 501 die erhaltene Drehzahl Na des ACP 400 an die PM-ECU 502, wobei eine Verzögerung bei der Kommunikation von der MG-ECU 501 zur PM-ECU 502 verursacht wird (was nachfolgend als Kommunikationsverzögerung bezeichnet ist). Als Hauptgrund für diese Kommunikationsverzögerung wird eine Abweichung zwischen einem Zeitpunkt der Datenübertragung durch die MG-ECU 501 (z. B. ein Zyklus von 8 Millisekunden) und einem Zeitpunkt des Datenempfangs durch die PM-ECU 502 (z. B. ein Zyklus von 16 Millisekunden) angenommen. In dem Fall, bei dem eine Drehzahlerhöhung Na des ACP 400 erfolgt, beispielsweise wenn sich das Fahrzeug plötzlich zu bewegen beginnt etc., ist die von der MG-ECU 501 an die PM-ECU 502 übertragene Drehzahl (nachfolgend als PM-Eingangsdrehzahl bezeichnet) Na aufgrund der vorstehend genannten Kommunikationsverzögerung niedriger als die tatsächliche Drehzahl (die nachfolgend als tatsächliche MG-Drehzahl bzw. MG-Istdrehzahl bezeichnet wird) Nr zu diesem Moment (siehe beispielsweise 6).
Wie vorstehend beschrieben ist, wird bei der Konfiguration von 5 das Grenzdrehmoment Trl1 durch die PM-ECU 502 unter Verwendung der PM-Eingangsdrehzahl Na und dem zulässige ACP-Leistung Kennfeld Mp berechnet. Jedoch wird kein gewünschtes Grenzdrehmoment erhalten, wenn die PM-Eingangsdrehzahl Na von der tatsächlichen MG-Drehzahl Nr abweicht. Wenn sich beispielsweise das Fahrzeug plötzlich zu bewegen beginnt, ist die PM-Eingangsdrehzahl Na der PM-ECU 502 niedriger als die tatsächliche MG-Drehzahl Nr, so dass das durch die PM-ECU 502 ermittelte Grenzdrehmoment Trl1 groß ist. Somit fällt das Grenzdrehmoment Trl1 nicht in eine eingestellte zulässige ACP-Leistung Pal. Somit wird in der PM-ECU 502, wie in 6 gezeigt ist, ein Drehmoment, das einer übermäßigen Leistung bzw. einem Leistungsüberschuss Pex entspricht, die/der die zulässige ACP-Leistung Pal übersteigt, als Solldrehmoment Trc1 an die MG-ECU 501 ausgegeben. Möglicherweise wird zudem überschüssige Leistung der Batterie 30 zugeführt, und die Batterie 30 überladen. Auf dieses Problem wurde hingewiesen.
Die Erfindung schafft ein Brennstoffzellensystem, das die Erzeugung eines Solldrehmoments entsprechend einer überschüssigen Leistung, welche eine zulässige Leistungsausgabe an den Luftkompressor übersteigt, verhindert, indem ein Vorhersagewert einer Drehzahl des Luftkompressors verwendet wird. Genauer gesagt schafft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem, das ein Solldrehmoment Trc2 erzeugen kann, das einer angemessenen Leistung entspricht, welche in eine zulässige ACP-Leistung Pal fällt, indem ein Drehzahlvorhersagewert Np erhalten wird, der näher an der tatsächlichen MG-Drehzahl Nr liegt als bei dem System von 5, und ein Grenzdrehmoment Trl2 unter Verwendung des erhaltenen Drehzahlvorhersagewerts Np und einer zulässigen ACP-Leistungsniveaulinie L1 (siehe 4 wie später beschrieben) erhalten wird.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem. Das Brennstoffzellensystem hat eine Brennstoffzelle, eine Batterie, einen Wechselrichter mit welchem die Batterie und die Brennstoffzelle parallel verbunden sind, einen Luftkompressor, der mit dem Wechselrichter verbunden ist, sowie eine Steuereinheit, die den Antrieb des Luftkompressors durch einen Stromsollwert steuert, der dem Wechselrichter zugeführt wird. Die Steuereinheit hat eine erste Steuereinheit, die den Antrieb des Luftkompressors steuert, sowie eine zweite Steuereinheit die die elektrische Leistung des Systems steuert. Die erste Steuereinheit erhält auf Basis eines vom Wechselrichter zugeführten Signals eine Drehzahl des Luftkompressors, überträgt die Drehzahl an die zweite Steuereinheit, und steuert den dem Wechselrichter zugeführten Stromsollwert basierend auf einem Solldrehmoment, das von der zweiten Steuereinheit übertragen wird. Die zweite Steuereinheit erhält die Drehzahl von der ersten Steuereinheit, empfängt von einer außerhalb der zweiten Steuereinheit befindlichen Vorrichtung einen einer von der Brennstoffzelle geforderten Leistungsausgabe entsprechenden Drehzahlsollwert des Luftkompressors, erhält basierend auf dem empfangenen Drehzahlsollwert einen Drehzahlvorhersagewert, leitet ein Grenzdrehmoment des Luftkompressors aus dem erhaltenen Drehzahlvorhersagewert ab, erzeugt das Solldrehmoment des Luftkompressors in einem Bereich des abgeleiteten Grenzdrehmoments, und überträgt das erzeugte Solldrehmoment an die erste Steuereinheit.
Gemäß dieser Konfiguration wird der Drehzahlvorhersagewert, der näher an der tatsächlichen Drehzahl als bei dem System von 5 liegt, erhalten, und das Grenzdrehmoment wird aus dem erhaltenen Drehzahlvorhersagewert erhalten. Ein geeignetes Solldrehmoment wird durch sperren bzw. schützen (EN: guarding) des Solldrehmoments derart, dass das Solldrehmoment das Grenzdrehmoment nicht übersteigt, erzeugt, und der Antrieb des Luftkompressors wird gesteuert. Somit kann folglich das Problem des Systems aus 5 verhindert werden. Dieses Problem besteht darin, dass die Leistung nicht in die zulässige ACP-Leistung fällt und aufgrund der Erzeugung eines übermäßigen Solldrehmoments ausgegeben wird, und die Batterie aufgrund der Überzeugung der überschüssigen Leistung überladen wird.
Die zweite Steuereinheit kann eine zulässige elektrische Leistung des Luftkompressors basierend auf einer elektrischen Stromerzeugungs-Solleistung der Brennstoffzelle berechnen, und das Grenzdrehmoment basierend auf dem Drehzahlvorhersagewert und der zulässigen elektrischen Leistung des Luftkompressors ableiten.
Wie bis hierin beschrieben wurde, kann ein Solldrehmoment entsprechend einer geeigneten Leistung, die definitiv in die zulässige ACP-Leistung fällt, durch Berechnen der zulässigen ACP-Leistung unter Berücksichtigung der elektrischen Stromerzeugungs-Solleistung der Brennstoffzelle und dergleichen, und durch Berechnen des Sollgrenzdrehmoments basierend auf dem Drehzahlvorhersagewert und der zulässigen ACP-Leistung, erzeugt werden.
Die zweite Steuereinheit kann ein Dauerdrehmoment basierend auf dem Drehzahlsollwert berechnen, eine Drehzahländerungsweite bzw. einen Drehzahländerungsbereich unter Verwendung des berechneten Dauerdrehmoments und eines letzten Werts des Solldrehmoments, das einen Zyklus vorher an die erste Steuereinheit übertragen wurde, ableiten, und den Drehzahlvorhersagewert durch Addieren der Drehzahl zu der abgeleiteten Drehzahländerungsweite erhalten.
Wie bis hierin beschrieben wurde, kann der Drehzahlvorhersagewert, der zu diesem Moment näher an der tatsächlichen MG-Drehzahl liegt, durch Ableiten der Drehzahländerungsweite unter Verwendung des Dauerdrehmoments, das zum Beibehalten der Drehzahl zu diesem Moment benötigt wird, und des letzten Werts des Solldrehmoments, und Ermitteln des Drehzahlvorhersagewerts aus der abgeleiteten Drehzahländerungsweite und der erhaltenen Drehzahl erhalten werden.
Das Brennstoffzellensystem kann überdies ferner eine dritte Steuereinheit aufweisen, welche die Stromerzeugung der Brennstoffzelle steuert. Die dritte Steuereinheit kann eine von der Brennstoffzelle geforderte Leistungsausgabe basierend auf einem Signal erhalten, das einen eingegebenen Beschleunigerniederdrückbetrag anzeigt, den Drehzahlsollwert des Luftkompressors entsprechend der erhaltenen geforderten Leistungsausgabe erzeugen, und den erzeugten Drehzahlsollwert an die zweite Steuereinheit übertragen.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann die geforderte Leistungsausgabe der Brennstoffzelle unter Verwendung eines Signals, das den Beschleunigerniederdrückbetrag anzeigt, genau erhalten werden. Hierbei ist jedoch offensichtlich, dass das Verfahren zum Erhalten der geforderten Leistungsausgabe der Brennstoffzelle nicht auf das Signal beschränkt ist, das den Beschleunigerniederdrückbetrag anzeigt, und die Werte anderer Parameter verwendet werden können.
Mit der Erfindung ist es möglich zu verhindern, dass ein Solldrehmoment, das einer übermäßigen Leistung entspricht, die eine zulässige Leistung eines Luftkompressors übersteigt, erzeugt wird, indem ein Vorhersagewert einer Drehzahl des Luftkompressors ermittelt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen; hierbei zeigt:
1 eine Ansicht, die den grundsätzlichen Aufbau eines Brennstoffzellensystems 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ein Flussschaubild, das einen Drehzahlvorhersageprozess zeigt;
3 ein Flussschaubild, das einen Grenzdrehmomentberechnungsprozess zeigt;
4 eine Ansicht zur Erläuterung der Beziehung der zulässigen ACP-Leistungsniveaulinie, einer ACP-Drehzahl und eines ACP-Drehmoments;
5 eine Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Einstellen einer Luftmenge durch einen ACP nach dem Stand der Technik; und
6 eine Ansicht zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der ACP-Drehzahl und der ACP-Leistung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sei jedoch angemerkt, dass der Umfang der Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist.
A. Vorliegende Ausführungsform
[Aufbau des Brennstoffzellensystems]
1 zeigt eine Ansicht, die den allgemeinen Aufbau des Brennstoffzellensystems 1 zeigt, das gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung an einem Fahrzeug montiert ist. Hierbei geht die nachfolgende Beschreibung davon aus, dass das Brennstoffzellensystem 1 bei einem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug (ein Brennstoffzellenhybridfahrzeug oder FCHV) Anwendung findet. Das Brennstoffzellensystem 1 ist jedoch auch bei allen anderen Systemen anwendbar, die mit einer Brennstoffzelle versehen sind, beispielsweise verschiedenen beweglichen Körpern (z. B. Schiffen, Flugzeugen, Roboter und dergleichen), stationären Stromquellen und dergleichen sowie bei Fahrzeugen. Zum leichteren Verständnis der Beschreibung sind diejenigen Bestandteile aus 1, die jenen aus 5 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Brennstoffzelle 10, welche die FC-Stromquelle 100 bildet, ist derart ausgestaltet, dass sie einen Festpolymerelektrolytzellenstapel umfasst, der durch in Reihe Stapeln einzelner Zellen, die eine Anode, eine Kathode und ein Elektrolyt aufweisen, erhalten wird. In der Brennstoffzelle 10 tritt während der normalen Stromerzeugung eine Oxidationsreaktion gemäß Formel (1) an der Anode auf, eine Reduktionsreaktion gemäß Formel (2) tritt an der Kathode auf. Eine Stromerzeugungsreaktion gemäß Formel (3) tritt in der Brennstoffzelle 10 als Ganzes auf, so dass Strom bzw. elektrische Leistung erzeugt wird. H₂ → 2H⁺ + 2e^– (1) (½)O₂ + 2H⁺ + 2e^– + H₂O (2) H₂ + (½)O₂ → H₂O (3)
Der FC-Wandler 20 ist ein Gleichstromwandler, der mit der Brennstoffzelle 10 verbunden ist. Der FC-Wandler 20 setzt eine Ausgangsspannung (FC-Spannung) der Brennstoffzelle 10 auf eine gewünschte Spannung (z. B. 650 V) hoch, und führt die hochgesetzte bzw. verstärkte Spannung dem ACP 400 und dergleichen über den Wechselrichter 300 und dergleichen zu. Der FC-Wandler 20 besteht beispielsweise aus einem intelligenten Leistungsmodul (IPM) oder dergleichen.
Die Batterie 30, welche die Batteriestromquelle 200 bildet, ist eine wieder aufladbare Stromspeichereinheit. Die Batterie 30 besteht beispielsweise aus einer Lithium-Ionen-Batterie, einer Nickel-Hydrid-Batterie oder dergleichen.
Der Batteriewandler 40 ist zwischen der Batterie 30 und dem Wechselrichter 300 angeordnet. Der Batteriewandler 40 dient zum Hochsetzen bzw. Verstärken einer Ausgangsspannung der Batterie 30 (Batteriespannung) auf die vorstehend genannte gewünschte Spannung (z. B. 650 V) und zum Heruntersetzen einer von der FC-Stromquelle 100 zugeführten Spannung auf die Batteriespannung. Der Batteriewandler 40 besteht beispielsweise aus einem IPM oder dergleichen.
Die Brennstoffzelle 10 und die Batterie 30 sind parallel zum Wechselrichter 300 geschaltet. Genauer gesagt ist der Wechselrichter 300 zwischen dem FC-Wandler 20 und dem Batteriewandler 40 einerseits und dem ACP andererseits angeordnet. Der Wechselrichter 300 wandelt Gleichstromleistung von der Brennstoffzelle 10 oder der Batterie 30 in Drei-Phasen-Wechselstromleistung und führt die Drei-Phasen-Wechselstromleistung dem ACP 400 und dergleichen zu. Der Wechselrichter 300 besteht beispielsweise aus einem IPM. Der ACP 400 führt der Brennstoffzelle 10 eine geeignete Menge an Luft entsprechend der geforderten Menge an Stromerzeugung oder dergleichen zu.
Die Steuereinheit 500 hat eine Mehrzahl von ECUs, die jeweils aus einem Prozessor (einer CPU), einem Festwertspeicher (einem ROM) sowie einem Arbeitsspeicher (einem RAM) und dergleichen bestehen. Genauer gesagt hat die Steuereinheit 500 die MG-ECU (erste Steuereinheit) 501, welche den Antrieb des ACP 400 und dergleichen steuert, die PM-ECU (zweite Steuereinheit) 502, welche die elektrische Leistung des Systems und dergleichen steuert, und die FC-ECU (dritte Steuereinheit) 503, welche die Stromerzeugung der Brennstoffzelle 10 und dergleichen steuert, etc.
Wie vorstehend beschrieben ist, stellt das System aus 5 das Grenzdrehmoment Trl1 (siehe 5) durch direkte Verwendung der Drehzahl (PM-Eingangsdrehzahl) Na des ACP 400, der hinsichtlich der Kommunikation verzögert ist (in anderen Worten: durch Verwendung der Drehzahlabweichung von der tatsächlichen MG-Drehzahl Nr) ein, selbst wenn es eine verzögerte Kommunikation zwischen der MG-ECU 501 und der PM-ECU 502 gibt. Daher wird das Solldrehmoment Trc1 erzeugt, das der überschüssigen bzw. übermäßigen Leistung Pex entspricht, welche die zulässige ACP-Leistung Pal übersteigt. Demgegenüber wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung die Drehzahl (PM-Eingangsdrehzahl) Na des ACP 400, welche hinsichtlich der Kommunikation verzögert ist, nicht direkt verwendet. Stattdessen wird die Drehzahl (tatsächliche MG-Drehzahl) Nr des ACP 400 in der PM-ECU 502 vorhergesagt, und das Grenzdrehmoment Trl2 wird unter Verwendung der vorhergesagten Drehzahl (Drehzahlvorhersagewert) Np eingestellt. Das Solldrehmoment Trc2 wird somit in einem Bereich erzeugt, dass es die zulässige ACP-Leistung Pal nicht übersteigt, und die Erzeugung des Solldrehmoments Trc1 entsprechend der übermäßigen Leistung Pex wird verhindert. Die Details des Prozessablaufs der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben.
[Drehzahlvorhersageprozess]
2 ist ein Flussschaubild, das einen Drehzahlvorhersageprozess des ACP 400 zeigt, der durch die PM-ECU 502 ausgeführt wird. Die PM-ECU 502 erhält ein Dauerdrehmoment (genauer gesagt: ein Drehmoment, das benötigt wird, um die Drehzahl zu diesem Moment beizubehalten) Trs basierend auf dem Drehzahlsollwert Crpm, der von der FC-ECU 503 zugeführt wird (Schritt S1). Dann liest die PM-ECU 502 ein einen Zyklus vorher an die MG-ECU 501 übermitteltes Solldrehmoment (d. h. einen letzten Wert des Solldrehmoments) Trc2(pre) sowie das Dauerdrehmoment Trs aus dem RAM oder dergleichen aus, und erhält eine Drehzahländerungsweite Cvw durch Subtrahieren des Dauerdrehmoments Trs vom letzten Wert Trc2(pre) des Solldrehmoments (Schritt S2: siehe die nachfolgend gezeigte Formel (4)). Cvw = Trc2(pre) – Trs (4)
Die MG-ECU 501 wiederum erhält das Signal Sθ, welches den elektrischen Winkel bzw. Stromwinkel θ anzeigt, vom Wechselrichter 300, und erhält die Drehzahl Na des ACP 400 aus einem Bewegungsbetrag des elektrischen Winkels O. Dann überträgt die MG-ECU 501 die erhaltene Drehzahl (die erhaltene PM-Eingangsdrehzahl) Na des ACP 400 durch Kommunikation an die PM-ECU 502. Wie vorstehend beschrieben wurde, kommt es bei der Übertragung der PM-Eingangsdrehzahl Na von der MG-ECU 501 an die PM-ECU 502 zu einer Kommunikationsverzögerung. Die PM-ECU 502 erhält einen Drehzahlvorhersagewert Np durch Addieren der vorstehend genannten Drehzahländerungsweite Cvw zur PM-Eingangsdrehzahl Na, die von der verzögerten MG-ECU 501 erhalten wurde (Schritt S3: siehe nachfolgend gezeigte Formel (5)). Die MG-ECU 501 speichert den erhaltenen Drehzahlvorhersagewert Np in einer Speichereinheit wie dem RAM oder dergleichen und beendet den Prozess. Np = Na + Cvw (5)
[Grenzdrehmomentberechnungsprozess]
3 ist ein Flussschaubild, das einen Grenzdrehmomentberechnungsprozess zeigt, der durch die PM-ECU 502 ausgeführt wird. Die PM-ECU 502 berechnet zunächst die zulässige ACP-Leistung (eine zulässige elektrische Leistung) Pal unter Berücksichtigung einer elektrischen Stromerzeugungs-Solleistung (elektrische Stromerzeugungs-Solleistung) der Brennstoffzelle 10, einem elektrischen Leistungsverlust, der bei der Leistungsausgabe erfolgt und dergleichen (Schritt S10). Dann liest die PM-ECU 502 den Drehzahlvorhersagewert Np aus dem RAM oder dergleichen aus und berechnet das Grenzdrehmoment Trl2 basierend auf dem ausgelesenen Drehzahlvorhersagewert Np und der zulässigen ACP-Leistung Pal (Schritt S20). Dann gibt die PM-ECU 502 das berechnete Solldrehmoment Trc2 an die MG-ECU 501 aus, während sie das Solldrehmoment Trc2 durch das Grenzdrehmoment Trl2 derart sperrt bzw. schützt, dass das Solldrehmoment Trc2 das Grenzdrehmoment Trl2 nicht übersteigt (d. h. in einem Bereich des Grenzdrehmoments Trl2; Schritt S30) und beendet den Prozess. Die MG-ECU 501 berechnet den Stromsollwert Ic basierend auf dem Solldrehmoment Trc2 und führt den berechneten Stromsollwert Ic dem Wechselrichter 300 zu. Der Wechselrichter 300 steuert die Menge an Sauerstoff, die der Brennstoffzelle 10 zugeführt wird, durch Antreiben des ACP 400 entsprechend dem eingegebenen Stromsollwert Ic.
Es sei hierbei angemerkt, dass 4 eine Ansicht zum Erläutern einer Beziehung zwischen der zulässigen ACP-Leistungsniveaulinie L1, einer Drehzahl des ACP 400 (ACP-Drehzahl) und eines Drehmoments des ACP 400 (ACP-Drehmoment) zeigt. Die zulässige ACP-Leistungsniveaulinie L1 zeigt eine Linie, auf welcher die zulässige ACP-Leistung Pal gleich bleibt. Wie vorstehend beschrieben ist, erhält die PM-ECU 502 der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung nach dem Auslesen des Drehzahlvorhersagewerts Np aus dem RAM oder dergleichen das Grenzdrehmoment Trl2 beispielsweise durch Übertragen des derart ausgelesenen Drehzahlvorhersagewerts Np auf die zulässige ACP-Leistungsniveaulinie L1.
Demgegenüber wird bei dem System aus 5, in welchem die Drehzahl Na des ACP 400, die hinsichtlich ihrer Kommunikation verzögert ist, direkt zur Ermittlung des Grenzdrehmoments Trl1 verwendet wird, das Grenzdrehmoment Trl1, das größer als das Grenzdrehmoment Trl2 der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist, berechnet. Genauer gesagt ist, wie in 4 gezeigt ist, die Drehzahl (PM-Eingangsdrehzahl) Na des ACP 400, die hinsichtlich ihrer Kommunikation verzögert ist, niedriger als der Drehzahlvorhersagewert Np. Folglich ist das Grenzdrehmoment Trl1, das beispielsweise durch Übertragen der PM-Eingangsdrehzahl Na auf die zulässige ACP-Leistungsniveaulinie L1 erhalten wird, größer als das Grenzdrehmoment Trl2, das beispielsweise durch Übertragen des Drehzahlvorhersagewerts Np auf die zulässige ACP-Leistungsniveaulinie L1 erhalten wird, und es kann das Solldrehmoment Trc1 entsprechend einer Leistung, welche die zulässige ACP-Leistung Pal (überschüssige Leistung bzw. Leistungsüberschuss) übersteigt, erzeugt werden. Das bedeutet, die Leistung fällt nicht in die zulässige ACP-Leistung Pal und wird aufgrund der Erzeugung des übermäßigen Solldrehmoments Trc1 ausgegeben, so dass eine zusätzliche Leistung der Batterie 30 zugeführt wird. Als Ergebnis kann das Problem auftreten, dass die Batterie 30 überladen wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung dagegen wird der Drehzahlvorhersagewert Np, der näher an der tatsächlichen MG-Drehzahl Nr liegt als bei dem System von 5 erhalten, und das Grenzdrehmoment Trl2 wird unter Verwendung des erhaltenen Drehzahlvorhersagewerts Np und der zulässigen ACP-Leistungsniveaulinie L1 ermittelt. Daher kann das Solldrehmoment Trc2, das einer geeigneten Leistung entspricht, die in die zulässige ACP-Leistung Pal fällt, erzeugt werden.
Obgleich vorstehend eine Ausführungsform der Erfindung Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben wurde, ist der Umfang der Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass verschiedene Abwandlungsbeispiele oder Korrekturbeispiele gemacht werden können, die auch in den technischen Umfang der Erfindung fallen.
B. Abwandlungen
Die nachfolgenden Abwandlungen können bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung Anwendung finden. Beispielsweise ist die Steuereinheit 500 derart ausgestaltet, dass sie die MG-ECU 501, die PM-ECU 502 und die FC-ECU 503 umfasst. Jedoch ist jede Konfiguration denkbar, solange die MG-ECU 501 und die PM-ECU 502 miteinander kommunizieren (d. h. solange die MG-ECU 501 und die PM-ECU 502 separat voneinander ausgebildet sind). Beispielsweise kann die Funktion der FC-ECU 503 in die PM-ECU 502 aufgenommen sein. Daneben kann die Funktion einer jeden der ECUs durch eine einzelne ECU realisiert werden, oder kann durch eine Mehrzahl von ECUs realisiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015-220961 A [0002]

Claims

Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine Brennstoffzelle (10); eine Batterie (30); einen Wechselrichter (300), mit welchem die Brennstoffzelle und die Batterie parallel verbunden sind; einen Luftkompressor (400), der mit dem Wechselrichter verbunden ist; und eine Steuereinheit (500), die den Antrieb des Luftkompressors durch einen Stromsollwert steuert, der dem Wechselrichter zugeführt wird, wobei die Steuereinheit (500) eine erste Steuereinheit (501) aufweist, die den Antrieb des Luftkompressors steuert, und eine zweite Steuereinheit (502), die die elektrische Leistung des Systems steuert, die erste Steuereinheit (501) eine Drehzahl des Luftkompressors auf Basis eines vom Wechselrichter zugeführten Signals erhält, die Drehzahl an die zweite Steuereinheit (502) überträgt, und den dem Wechselrichter (300) zugeführten Stromsollwert basierend auf einem Solldrehmoment steuert, das von der zweiten Steuereinheit (502) übertragen wird, und die zweite Steuereinheit (502) die Drehzahl von der ersten Steuereinheit (501) erhält, von einer außerhalb der zweiten Steuereinheit befindlichen Vorrichtung einen einer von der Brennstoffzelle geforderten Leistungsausgabe entsprechenden Drehzahlsollwert des Luftkompressors empfängt, einen Drehzahlvorhersagewert basierend auf dem erhaltenen Drehzahlsollwert erhält, ein Grenzdrehmoment des Luftkompressors (400) aus dem erhaltenen Drehzahlvorhersagewert ableitet, das Solldrehmoment des Luftkompressors in einem Bereich des abgeleiteten Grenzdrehmoments erzeugt, und das erzeugte Solldrehmoment an die erste Steuereinheit (501) überträgt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die zweite Steuereinheit (502) eine zulässige elektrische Leistung des Luftkompressors (400) basierend auf einer elektrischen Stromerzeugungs-Sollleistung der Brennstoffzelle berechnet, und das Grenzdrehmoment basierend auf dem Drehzahlvorhersagewert und der zulässigen elektrischen Leistung des Luftkompressors (400) ableitet.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Steuereinheit (502) ein Dauerdrehmoment basierend auf dem Drehzahlsollwert berechnet, eine Drehzahländerungsweite unter Verwendung des berechneten Dauerdrehmoments und eines letzten Werts des Solldrehmoments, das einen Zyklus vorher an die erste Steuereinheit (501) übertragen wurde, ableitet, und den Drehzahlvorhersagewert durch Addieren der Drehzahl zu der abgeleiteten Drehzahländerungsweite erhält.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter aufweisend: eine dritte Steuereinheit (503), die die Stromerzeugung der Brennstoffzelle (10) steuert, wobei die dritte Steuereinheit (503) die außerhalb der zweiten Steuereinheit befindliche Vorrichtung ist, die von der Brennstoffzelle geforderte Leistungsausgabe basierend auf einem Signal erhält, das einen eingegebenen Beschleunigerniederdrückbetrag anzeigt, den Drehzahlsollwert des Luftkompressors entsprechend der erhaltenen geforderten Leistungsausgabe erzeugt, und den erzeugten Drehzahlsollwert an die zweite Steuereinheit (502) überträgt.