DE102019117737A1 - Brennstoffzellensystem - Google Patents

Brennstoffzellensystem Download PDF

Info

Publication number
DE102019117737A1
DE102019117737A1 DE102019117737.5A DE102019117737A DE102019117737A1 DE 102019117737 A1 DE102019117737 A1 DE 102019117737A1 DE 102019117737 A DE102019117737 A DE 102019117737A DE 102019117737 A1 DE102019117737 A1 DE 102019117737A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
output
stack
characteristic
output power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102019117737.5A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102019117737B4 (de
Inventor
Masahiro Imanishi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of DE102019117737A1 publication Critical patent/DE102019117737A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102019117737B4 publication Critical patent/DE102019117737B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04932—Power, energy, capacity or load of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04619—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/10—Vehicle control parameters
    • B60L2240/36—Temperature of vehicle components or parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Das Brennstoffzellensystem umfasst: eine Brennstoffzelleneinheit, die erste und zweite Brennstoffzellen umfasst, die parallel miteinander verbunden sind; ein Zuführsystem, welches ein Reaktionsgas zu der Brennstoffzelleneinheit führt; eine Erhaltungseinheit für eine erforderliche Ausgangsleistung, welche derart konfiguriert ist, dass diese die erforderliche Ausgangsleistung für die Brennstoffzelleneinheit erhält; eine Zuführsystemsteuerungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese das Zuführsystem so steuert, dass die Ausgangsleistung der Brennstoffzelleneinheit der erforderlichen Ausgangsleistung entspricht; eine Bestimmungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese bestimmt, ob eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist oder nicht; und eine Leistungscharakteristikerhaltungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Ausgangsleistungscharakteristik der ersten Brennstoffzelle erhält.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem.
  • Hintergrund
  • Es ist ein Brennstoffzellensystem bekannt, das mit einer Brennstoffzelleneinheit ausgestattet ist, die parallel miteinander verbundene Brennstoffzellen umfasst (siehe beispielsweise die Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2012-160336 ).
  • Im Allgemeinen verschlechtert sich das Ausgangsleistungsverhalten bzw. die Ausgangsleistungscharakteristik der Brennstoffzelle mit zunehmender Nutzungsdauer. Aus diesem Grund kann der Steuerungsinhalt der Brennstoffzelle in Abhängigkeit von der Ausgangsleistungscharakteristik geändert werden, und es ist vorzuziehen, die Ausgangsleistungscharakteristik der Brennstoffzelle nach Bedarf zu erhalten. Dabei wird bei hoher Ausgangsleistung der Brennstoffzelle die Ausgangsleistungscharakteristik der Brennstoffzelle signifikant in der Ausgangsleistung davon reflektiert. Wenn die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle hoch ist, wird daher die genaue Ausgangsleistungscharakteristik der Brennstoffzelle erhalten. Abhängig von der erforderlichen Ausgangsleistung für die Brennstoffzelleneinheit könnte jedoch die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle niedrig gehalten werden und eine Häufigkeit der Erhaltung der genauen Ausgangsleistungscharakteristik der Brennstoffzelle kann reduziert sein.
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem bereitzustellen, welches eine Häufigkeit des Erhalts der genauen Ausgangsleistungscharakteristik einer Brennstoffzelle sicherstellt.
  • Die vorstehende Aufgabe wird durch ein Brennstoffzellensystem erreicht, das umfasst: eine Brennstoffzelleneinheit mit ersten und zweiten Brennstoffzellen, die parallel miteinander verbunden sind; ein Zuführsystem, welches ein Reaktionsgas zu der Brennstoffzelleneinheit führt; eine Erhaltungseinheit für eine erforderliche Ausgangsleistung, welche derart konfiguriert ist, dass diese die erforderliche Ausgangsleistung für die Brennstoffzelleneinheit erhält; eine Zuführsystemsteuerungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese das Zuführsystem so steuert, dass die Ausgangsleistung der Brennstoffzelleneinheit der erforderlichen Ausgangsleistung entspricht; eine Bestimmungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese bestimmt, ob eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist oder nicht; und eine Leistungscharakteristikerhaltungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese die Ausgangsleistungscharakteristik der ersten Brennstoffzelle erhält, wobei die Zuführsystemsteuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese, wenn die vorbestimmte Bedingung als erfüllt bestimmt wird, eine erste Leistungserzeugungssteuerung ausführt, um das Zuführsystem so zu steuern, dass die Ausgangsleistung der ersten Brennstoffzelle zunimmt und die Ausgangsleistung der zweiten Brennstoffzelle abnimmt, im Vergleich dazu, wenn die vorbestimmte Bedingung als nicht erfüllt bestimmt wird, und die Leistungscharakteristikerhaltungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese die Ausgangsleistungscharakteristik der ersten Brennstoffzelle während der Ausführung der ersten Leistungserzeugungssteuerung erhält.
  • Wenn bei einer solchen derartigen Konfiguration die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, erhöht sich die Ausgangsleistung der ersten Brennstoffzelle und die Ausgangsleistung der zweiten Brennstoffzelle nimmt ab, und dann wird die Ausgangsleistungscharakteristik der ersten Brennstoffzelle erhalten. Dies stellt eine Frequenz bzw. Häufigkeit des Erhaltens der genauen Ausgangsleistungscharakteristik der ersten Brennstoffzelle sicher.
  • Die vorbestimmte Bedingung kann eine Bedingung umfassen, dass eine Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung niedriger ist als eine erste Schwelle.
  • Die vorbestimmte Bedingung kann eine Bedingung umfassen, dass eine Zunahmegeschwindigkeit eines Gaspedalöffnungsgrades eines Fahrzeugs, das mit einem Motor zum Antreiben des Fahrzeugs ausgestattet ist, der durch die Brennstoffzelleneinheit betrieben wird, niedriger als eine zweite Schwelle ist.
  • Die vorbestimmte Bedingung kann eine Bedingung umfassen, dass ein Gaspedalöffnungsgrad eines Fahrzeugs, das mit einem Motor zum Antreiben des Fahrzeugs ausgestattet ist, der durch die Brennstoffzelleneinheit betrieben wird, kleiner als eine dritte Schwelle ist.
  • Die vorbestimmte Bedingung kann eine Bedingung umfassen, dass ein vorbestimmter Abschnitt von einer prognostizierten Route ausgeschlossen ist, auf der ein Fahrzeug fahren soll, das mit einem Motor zum Antreiben des Fahrzeugs ausgestattet ist, der durch die Brennstoffzelleneinheit betrieben wird, und der vorbestimmte Abschnitt kann eine Auffahrt einer Schnellstraße, eine Auffahrt einer Autobahn und einen Abschnitt, in dem ein Neigungswinkel einer Steigung einem vorbestimmten Wert oder mehr entspricht, und/oder einen Abschnitt, in dem eine Zunahmerate eines Neigungswinkels einer Steigung einem vorbestimmten Wert oder mehr entspricht, umfassen.
  • Das Brennstoffzellensystem kann ferner eine Routenerhaltungseinheit umfassen, welche derart konfiguriert ist, dass diese die prognostizierte Route von einer Navigationsvorrichtung erhält, in der ein Ziel eingestellt ist.
  • Das Brennstoffzellensystem kann ferner eine Routenerhaltungseinheit umfassen, welche derart konfiguriert ist, dass diese die prognostizierte Route von einer Speichereinheit erhält, in der eine Route gespeichert ist, auf der das Fahrzeug bereits gefahren ist.
  • Die vorbestimmte Bedingung kann zumindest eine Bedingung aus einer Bedingung, dass die Ausgangsleistungscharakteristik der ersten Brennstoffzelle seit dem Start des Brennstoffzellensystems noch nicht erhalten wurde, einer Bedingung, dass eine kumulative Betriebszeit des Brennstoffzellensystems eine vorbestimmte Zeit überschritten hat, einer Bedingung, dass eine Fahrstrecke eines mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatteten Fahrzeugs eine vorbestimmte Strecke überschritten hat, und einer Bedingung, dass die Zeit, die verstrichen ist, seit die Ausgangsleistungscharakteristik der ersten Brennstoffzelle zuletzt erhalten wurde, eine vorbestimmte Zeit überschreitet, umfassen.
  • Die vorbestimmte Bedingung kann eine Bedingung umfassen, dass eine Temperatur der ersten Brennstoffzelle zu einem vorbestimmten Bereich gehört.
  • Die Leistungscharakteristikerhaltungseinheit kann derart konfiguriert sein, dass diese die Ausgangsleistungscharakteristik der zweiten Brennstoffzelle erhält, die Zuführsystemsteuerungseinheit kann derart konfiguriert sein, dass diese, wenn die vorbestimmte Bedingung als erfüllt bestimmt wird, nachdem die Leistungscharakteristikerhaltungseinheit die Ausgangsleistungscharakteristik der ersten Brennstoffzelle erhält, eine zweite Leistungserzeugungssteuerung zum Steuern des Zuführsystems ausführt, so dass die Ausgangsleistung der zweiten Brennstoffzelle zunimmt und die Ausgangsleistung der ersten Brennstoffzelle abnimmt, im Vergleich dazu, wenn die vorbestimmte Bedingung als nicht erfüllt bestimmt wird, und die Leistungscharakteristikerhaltungseinheit kann derart konfiguriert sein, dass diese die Ausgangsleistungscharakteristik der zweiten Brennstoffzelle während der Ausführung der zweiten Leistungserzeugungssteuerung erhält.
  • Das Brennstoffzellensystem kann ferner umfassen: eine Verlaufserhaltungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese einen Betriebsverlauf der ersten Brennstoffzelle erhält; und eine Übertragungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese den Betriebsverlauf und die Ausgangsleistungscharakteristik der ersten Brennstoffzelle an eine außerhalb des Brennstoffzellensystems angeordnete externe Speichervorrichtung überträgt.
  • Das Brennstoffzellensystem kann ferner umfassen: eine Verlaufserhaltungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese Betriebsverläufe der ersten und zweiten Brennstoffzellen erhält; und eine Übertragungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese die Betriebsverläufe der ersten und zweiten Brennstoffzellen und die Ausgangsleistungscharakteristik der ersten und zweiten Brennstoffzellen an eine außerhalb des Brennstoffzellensystems angeordnete externe Speichervorrichtung überträgt.
  • Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Brennstoffzellensystem bereitzustellen, welches eine Häufigkeit des Erhaltens einer genauen Ausgangsleistungscharakteristik einer Brennstoffzelle sicherstellt.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Konfigurationsansicht eines Fahrzeugs, das mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist;
    • 2 ist ein Diagramm, welches eine Änderung einer IV-Kurve mit einer Verschlechterung der Ausgangsleistungscharakteristik einer Brennstoffzelle darstellt;
    • 3 ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel einer Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung darstellt;
    • 4 ist ein Zeitdiagramm, wenn die Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung ausgeführt wird;
    • 5 ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel der Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung gemäß einer ersten Variation darstellt;
    • 6 ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel der Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung gemäß einer zweiten Variation darstellt;
    • 7 ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel der Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung gemäß einer dritten Variation darstellt;
    • 8 ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel der Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung gemäß einer vierten Variation darstellt; und
    • 9 ist eine Konfigurationsansicht eines Fahrzeugs, welches mit einem Brennstoffzellensystem gemäß einer Variation ausgestattet ist.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 ist eine Konfigurationsansicht eines Fahrzeugs 1, das mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist, und eines externen Servers 100. Eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 60 ist in dem am Fahrzeug 1 montierten Brennstoffzellensystem installiert, und die ECU 60 überträgt vorbestimmte Daten über eine Übertragungseinheit 90 drahtlos an den externen Server 100, wie später beschrieben wird.
  • [Konfiguration des Brennstoffzellensystems]
  • Wie in 1 dargestellt ist, umfasst das am Fahrzeug 1 montierte Brennstoffzellensystem Brennstoffzellenstapel (im Folgenden einfach als Stapel bezeichnet) 20a und 20b, Luftverdichter 30a und 30b, einen Brennstofftank 40, Hochsetzsteller bzw. Aufwärtswandler 50a und 50b, einen Wechselrichter 52, die ECU 60, eine Navigationsvorrichtung, die Übertragungseinheit 90 und dergleichen. Jeder der Stapel 20a und 20b empfängt die Zuführung des Oxidationsgases und des Brenngases, um elektrische Energie bzw. Strom zu erzeugen. Jeder der Stapel 20a und 20b wird durch Stapeln von Einheitszellen vom Festpolymerelektrolyttyp gebildet. Die Stapel 20a und 20b entsprechen dem gleichen Stapel, und auch die Nennleistung davon ist gleich. Die Stapel 20a und 20b entsprechen einem Beispiel einer Brennstoffzelleneinheit, und diese entsprechen auch Beispielen von ersten und zweiten Brennstoffzellen, die parallel miteinander verbunden sind.
  • Die Luftverdichter 30a und 30b führen entsprechend sauerstoffhaltige Luft als das Oxidationsgas über Luftleitungen 32a und 32b hin zu den Stapeln 20a und 20b. Der Brennstofftank 40 speichert Wasserstoffgas als das Brenngas, und das Brenngas wird den Stapeln 20a und 20b über eine Brennstoffleitung 42 zugeführt, die mit dem Brennstofftank 40 verbunden ist und auf halbem Wege verzweigt ist, um mit den Stapeln 20a und 20b verbunden zu sein. Insbesondere sind Injektoren 44a und 44b entsprechend an einem mit dem Stapel 20a verbundenen Abschnitt der Brennstoffleitung 42 und einem mit dem Stapel 20b verbundenen Abschnitt der Brennstoffleitung 42 vorgesehen. Der Antrieb der Injektoren 44a und 44b wird angepasst, wodurch die Strömungsrate des den Stapeln 20a und 20b zugeführten Brenngases angepasst wird. Die Luftverdichter 30a und 30b und die Injektoren 44a und 44b entsprechen einem Beispiel eines Zuführsystems, das den Stapeln 20a und 20b ein Reaktionsgas zuführt. Leitungen (nicht dargestellt), die das Oxidations-Abgas und das Brennabgas entsprechend abgeben, sind mit jedem der Stapel 20a und 20b verbunden.
  • Eine Kühlwasserzuführleitung 22a und eine Kühlwasserabführleitung 24a sind mit dem Stapel 20a verbunden. Das Kühlwasser wird über die Kühlwasserzuführleitung 22a zugeführt, und das Kühlwasser wird über die Kühlwasserabführleitung 24a abgeführt. Gleichermaßen sind eine Kühlwasserzuführleitung 22b und eine Kühlwasserabführleitung 24b mit dem Stapel 20b verbunden. Das Kühlwasser wird über die Kühlwasserzuführleitung 22b zugeführt, und das Kühlwasser wird über die Kühlwasserabführleitung 24b abgeführt. Die Kühlwasserzuführleitungen 22a und 22b und die Kühlwasserabführleitungen 24a und 24b bilden einen Teil eines nicht dargestellten Zirkulationspfades, durch den das Kühlwasser zirkuliert. Ein Kühler, der auf dem Zirkulationspfad angeordnet ist, fördert die Wärmeabfuhr des Kühlwassers. Temperatursensoren 26a und 26b zur Erfassung der Kühlwassertemperatur sind an der Kühlwasserabführleitung 24a in der Nähe des Stapels 20a bzw. an der Kühlwasserabführleitung 24b in der Nähe des Stapels 20b vorgesehen.
  • Die Aufwärtswandler 50a und 50b passen den von den Stapeln 20a und 20b ausgegebenen Gleichstrom entsprechend an und geben die Gleichstromleistung bzw. den Gleichstrom zu dem Wechselrichter 52 aus. Der Wechselrichter 52 wandelt den von den Aufwärtswandlern 50a und 50b ausgegebenen Gleichstrom in Dreiphasenwechselstrom um und führt den Wechselstrom zu einem Motor 54. Der Motor 54 treibt die Räder 19 an, um das Fahrzeug 1 anzutreiben.
  • Die ECU 60 umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Nurlesespeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und dergleichen. Die ECU 60 ist elektrisch mit einem Zündschalter 11, einem Gaspedalöffnungsgradsensor 13, den Temperatursensoren 26a und 26b, den Injektoren 44a und 44b sowie den Aufwärtswandlern 50a und 50b verbunden. Die ECU 60 startet oder stoppt das am Fahrzeug 1 montierte Brennstoffzellensystem gemäß dem AN/AUS-Zustand des Zündschalters 11. Die ECU 60 berechnet basierend auf dem Erfassungswert des Gaspedalöffnungsgradsensors 13 einen Gaspedalöffnungsgrad, welcher einem Öffnungsgrad des von einem Fahrer betätigten Gaspedals entspricht. Die ECU 60 wandelt die Erfassungswerte der Temperatursensoren 26a und 26b entsprechend in die Temperaturen der Stapel 20a und 20b um und erhält die Temperaturen der Stapel 20a und 20b. Die ECU 60 steuert die von den Aufwärtswandlern 50a und 50b an den Wechselrichter 52 geführte Ausgangsleistung, indem die Aufwärtswandler 50a und 50b gesteuert werden. Eine Navigationsvorrichtung 70 ist elektrisch mit der ECU 60 verbunden. Die Navigationsvorrichtung 70 nimmt eine Speichervorrichtung mit auf, in der Kartendaten gespeichert sind, und diese nimmt einen GPS-Empfänger (Global-Positioning-System) zum Erhalten von Positionsinformationen des Fahrzeugs 1 auf.
  • Die ECU 60 berechnet die erforderliche Ausgangsleistung für den gesamten Stapel 20a und 20b basierend auf der elektrischen Leistung bzw. Energie, die zum Antreiben des Motors 54 benötigt wird, und der elektrischen Leistung, die zum Antreiben von Hilfsvorrichtungen, wie den Luftverdichtern 30a und 30b, benötigt wird. Die für den Antrieb des Motors 54 erforderliche elektrische Leistung wird basierend auf dem Gaspedalöffnungsgrad berechnet. Die ECU 60 steuert ferner die Drehzahlen der Luftverdichter 30a und 30b sowie das Öffnen und Schließen der Injektoren 44a und 44b, so dass die gesamte Ausgangsleistung der Stapel 20a und 20b die erforderliche Ausgangsleistung erreicht. Die ECU 60 ist konfiguriert als eine Zuführsystemsteuerungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese das Zuführsystem so steuert, dass die Ausgangsleistung der Stapel 20a und 20b die erforderliche Ausgangsleistung erreicht. In der vorliegenden Spezifikation steht der Ausdruck „erforderliche Ausgangsleistung“ nicht für die erforderliche Ausgangsleistung für jeden der Stapel 20a und 20b, sondern für die erforderliche Ausgangsleistung für die gesamten Stapel 20a und 20b, das heißt, die erforderliche Ausgangsleistung für die Brennstoffzelleneinheit. In der vorliegenden Spezifikation steht ferner „Ausgangsleistung“ für die von einem Stapel erzeugte Ausgangsleistung. Ferner führt die ECU 60 eine Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung zum Erhalten jeder Ausgangsleistungscharakteristik der Stapeln 20a und 20b aus, wie später im Detail beschrieben ist. Die Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung wird von einer Erhaltungseinheit für eine erforderliche Ausgangsleistung, der Zuführsystemsteuerungseinheit, einer Bestimmungseinheit, einer Leistungscharakteristikerhaltungseinheit, einer Verlaufserhaltungseinheit und einer Übertragungseinheit ausgeführt, die funktional durch die CPU, den ROM und den RAM der ECU 60 implementiert sind.
  • [Externer Server]
  • Der externe Server 100 ist ein Beispiel für eine externe Speichervorrichtung, die außerhalb des Brennstoffzellensystems angeordnet ist. Der externe Server 100 empfängt und speichert Daten einschließlich der Ausgangsleistungscharakteristik und des Betriebsverlaufs von jedem der Stapel 20a und 20b, die durch die ECU 60 übertragen werden, wie später im Detail beschrieben ist.
  • [Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels]
  • 2 ist ein Diagramm, welches die Änderung der IV-Kurve mit der Verschlechterung der Ausgangsleistungscharakteristik der Brennstoffzelle veranschaulicht. Eine vertikale Achse von 2 gibt die Spannung an und eine horizontale Achse gibt den Strom an. 2 stellt die IV-Kurven iv1 und iv2 dar. Die IV-Kurven iv1 und iv2 werden durch Auftragen der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms der Brennstoffzelle erhalten. Ein oberer Grenzstromwert Im entspricht einem voreingestellten oberen Grenzwert eines Bereichs, in dem der Ausgangsstrom der Brennstoffzelle steuerbar ist. Ein unterer Grenzspannungswert Vm entspricht einem voreingestellten unteren Grenzwert eines Bereichs, in dem die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle steuerbar ist.
  • Wie in 2 dargestellt ist, steigt mit zunehmender Ausgangsleistung der Brennstoffzelle im Allgemeinen der Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung sinkt. Außerdem gibt die IV-Kurve iv1 an, dass die Ausgangsleistungscharakteristik davon höher ist als die Ausgangsleistungscharakteristik der IV-Kurve iv2. Hierbei nimmt ein Abnahmebetrag der Ausgangsspannung mit Bezug auf einen Zunahmebetrag des Ausgangsstroms zu, wenn die Ausgangsleistungscharakteristik der Brennstoffzelle abnimmt. Wenn beispielsweise, wie in 2 dargestellt ist, der Ausgangsstrom der Brennstoffzelle auf den oberen Grenzstromwert Im gesteuert wird, ist eine Differenz zwischen Spannungswerten V1 und V2, die entsprechend durch die IV-Kurven iv1 und iv2 angegeben sind, größer als eine Differenz zwischen Spannungswerten entsprechend einem Stromwert, der kleiner als der obere Grenzstromwert Im ist. Ferner ist beispielsweise, wie in 2 dargestellt ist, wenn die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle auf den unteren Grenzspannungswert Vm gesteuert wird, eine Differenz zwischen Stromwerten I1 und 12, die jeweils durch die IV-Kurven iv1 und iv2 angegeben sind, größer als eine Differenz zwischen Stromwerten entsprechend einem Spannungswert, der höher als der untere Grenzspannungswert Vm ist. Auf diese Art und Weise ist die Ausgangsleistungscharakteristik der Brennstoffzelle mit zunehmender Ausgangsleistung deutlich in der Ausgangsleistung reflektiert. Daher wird die Ausgangsleistungscharakteristik der Brennstoffzelle genau erhalten, wenn die Ausgangsleistung groß ist. Bei einer vorliegenden Ausführungsform führt die ECU 60 eine Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung aus, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist. Diese Steuerung erhöht die Ausgangsleistung von einem der Stapel 20a und 20b, verringert die Ausgangsleistung des anderen und erhält die Ausgangsleistungscharakteristik des einen der Stapel 20a und 20b. Details werden im Folgenden beschrieben.
  • [Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung]
  • 3 ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel für die Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung darstellt. Das Flussdiagramm wird durch die ECU 60 in einem konstanten Zyklus wiederholend ausgeführt. Zunächst erhält die ECU 60 die erforderliche Ausgangsleistung (Schritt S1). Die ECU 60 erhält die erforderliche Ausgangsleistung, die basierend auf der elektrischen Leistung berechnet wird, die zum Antreiben des Motors 54 und der Hilfsvorrichtungen wie vorstehend beschrieben benötigt wird. Da jedoch die für den Antrieb des Motors 54 erforderliche elektrische Leistung den größten Teil der insgesamt erforderlichen Ausgangsleistung ausmacht, kann die ECU 60 die erforderliche Ausgangsleistung beispielsweise basierend auf der Größe des Gaspedalöffnungsgrades berechnen und erhalten. Der Prozess von Schritt S1 entspricht einem Beispiel für einen Prozess, der von der Erhaltungseinheit für die erforderliche Ausgangsleistung ausgeführt wird, welche die erforderliche Ausgangsleistung für die Stapel 20a und 20b erhält.
  • Anschließend wird bestimmt, ob jede Ausgangsleistungscharakteristik der Stapel 20a und 20b seit dem Start des Brennstoffzellensystems bereits erhalten wurde (Schritt S3). Es wird bestimmt, ob die Ausgangsleistungscharakteristik der Stapel 20a und 20b bereits erhalten wurde oder nicht, indem auf ein später beschriebenes Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungs-Flag Bezug genommen wird. Unter Bezugnahme auf den Zustand des Zündschalters 11 wird bestimmt, ob das Brennstoffzellensystem startet oder nicht. Es ist ein Beispiel für eine vorbestimmte Bedingung zur Ausführung von später beschriebenen ersten und zweiten Leistungserzeugungssteuerungen, dass seit dem Start des Brennstoffzellensystems nicht jede Ausgangsleistungscharakteristik der Stapel 20a und 20b erhalten wurde.
  • [Normale Leistungserzeugungssteuerung]
  • Wenn jede Ausgangsleistungscharakteristik der Stapel 20a und 20b seit dem Start des Brennstoffzellensystems bereits erhalten wurde (Ja bei Schritt S3), führt die ECU 60 die normale Leistungserzeugungssteuerung aus (Schritt S21). Diese Steuerung bewirkt, dass die Ausgangsleistung der Stapel 20a und 20b gleich ist, so dass die gesamte Ausgangsleistung der Stapel 20a und 20b gleich der erforderlichen Ausgangsleistung ist. Insbesondere werden durch Anpassen des Antriebs der Luftverdichter 30a und 30b und der Injektoren 44a und 44b die Strömungsraten des den Stapeln 20a und 20b zugeführten Brenngases gesteuert, um im Wesentlichen gleich zu sein, und die Strömungsraten des den Stapeln 20a und 20b zugeführten Oxidationsgases werden gesteuert, um im Wesentlichen gleich zu sein.
  • [Bestimmung der erforderlichen Ausgangsleistung]
  • Wenn die Ausgangsleistungscharakteristik von zumindest einem der Stapel 20a und 20b seit dem Start des Brennstoffzellensystems noch nicht erhalten wurde (Nein bei Schritt S3), bestimmt die ECU 60, ob die erforderliche Ausgangsleistung höher oder gleich einem vorbestimmten Wert α ist (Schritt S5). Der vorbestimmte Wert α wird im Voraus in dem ROM der ECU 60 gespeichert. Der vorbestimmte Wert α ist höher bzw. größer oder gleich der Ausgangsleistung, die benötigt wird, um Prozesse der später beschriebenen Schritte S13a, S15a, S13b und S15b auszuführen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der vorbestimmte Wert α höher als jede Nenn-Ausgangsleistung der Stapel 20a und 20b. Wenn die erforderliche Ausgangsleistung kleiner als der vorbestimmte Wert α ist (Nein bei Schritt S5), führt die ECU 60 die normale Leistungserzeugungssteuerung aus (Schritt S21).
  • [Bestimmung der Zunahmegeschwindigkeit]
  • Wenn die erforderliche Ausgangsleistung höher oder gleich dem vorbestimmten Wert α ist (Ja bei Schritt S5), erhält die ECU 60 die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung (Schritt S7) und bestimmt, ob die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung niedriger als eine erste Schwelle β ist oder nicht (Schritt S9). Die erste Schwelle β wird zuvor in dem ROM der ECU 60 gespeichert. Die ECU 60 erhält die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung z.B. wie folgt. Die ECU 60 berechnet die erforderliche Ausgangsleistung basierend auf dem Gaspedalöffnungsgrad, den Antriebszuständen der Hilfseinrichtungen, dem Antriebszustand des Fahrzeugs 1 und dergleichen. Anschließend berechnet die ECU 60 den Variationsbetrag der berechneten tatsächlichen erforderlichen Ausgangsleistung pro Zeiteinheit und erhält den Variationsbetrag als die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung. Es ist ein Beispiel für eine vorbestimmte Bedingung zur Ausführung der später beschriebenen ersten und zweiten Leistungserzeugungssteuerung, dass die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung niedriger ist als die erste Schwelle β.
  • Wenn die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung höher oder gleich der ersten Schwelle β ist (Nein bei Schritt S9), führt die ECU 60 die normale Leistungserzeugungssteuerung aus (Schritt S21). Das heißt, wenn die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung höher oder gleich der ersten Schwelle β ist, nimmt die Ausgangsleistung von beiden Stapeln 20a und 20b zu. Hierbei umfasst die erforderliche Ausgangsleistung die elektrische Leistung, die zum Antreiben nicht nur des Motors 54, sondern auch anderer Hilfsvorrichtungen, wie vorstehend beschrieben, benötigt wird, die elektrische Leistung, die zum Antreiben des Motors 54 benötigt wird, nimmt jedoch den größten Teil der erforderlichen Ausgangsleistung ein. Daher entspricht ein Fall, in dem die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung höher oder gleich der ersten Schwelle β ist, einem Fall, in dem die Zunahmegeschwindigkeit der zum Antreiben des Motors 54 erforderlichen elektrischen Leistung hoch ist, das heißt, beispielsweise einem Fall, in dem eine plötzliche Beschleunigung des Fahrzeugs 1 als Reaktion auf eine Beschleunigung durch den Fahrer erforderlich ist. In einem solchen Fall ist es durch Erhöhen der Ausgangsleistung von beiden Stapeln 20a und 20b möglich, eine Ansprechverzögerung der tatsächlichen Ausgangsleistung der Stapeln 20a und 20b mit Bezug auf die erforderliche Ausgangsleistung zu unterdrücken. Dies stellt die Fahrbarkeit sicher.
  • Wenn die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung niedriger ist als die erste Schwelle β (Ja bei Schritt S9), bestimmt die ECU 60, ob die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a bereits erhalten wurde oder nicht (Schritt S11). Insbesondere führt die ECU 60 diese Bestimmung unter Bezugnahme auf das Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungs-Flag des Stapels 20a aus, das von AUS auf AN umgeschaltet wird, wenn die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a nach dem Start des Brennstoffzellensystems erhalten wird. Die Reihenfolge der Schritte S5, S7 und S9 ist nicht auf den vorstehend beschriebenen Fall beschränkt.
  • [Erste Leistungserzeugungssteuerung]
  • Wenn die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a noch nicht erhalten wurde (Nein bei Schritt S11), führt die ECU 60 die erste Leistungserzeugungssteuerung aus (Schritt S13a). In der ersten Hälfte der ersten Leistungserzeugungssteuerung nimmt die Ausgangsleistung des Stapels 20a im Vergleich zu dem Fall, in dem die normale Leistungserzeugungssteuerung unter der Bedingung ausgeführt wird, dass der erforderliche Leistungsausgang gleich ist, zu und die Ausgangsleistung des Stapels 20b nimmt ab. In der zweiten Hälfte der ersten Leistungserzeugungssteuerung nimmt die Ausgangsleistung des Stapels 20a, die in der ersten Hälfte der ersten Leistungserzeugungssteuerung zugenommen hat, allmählich ab, und die Ausgangsleistung des Stapels 20b, die in der ersten Hälfte der ersten Leistungserzeugungssteuerung abgenommen hat, nimmt allmählich zu, so dass jede Ausgangsleistung der Stapel 20a und 20b auf jede Ausgangsleistung davon in dem normalen Leistungserzeugungszustand zurückgesteuert wird. Eine solche Ausgangsleistungssteuerung wird durch Anpassen des Antriebs der Luftverdichter 30a und 30b und der Injektoren 44a und 44b ausgeführt. Insbesondere nehmen in der ersten Hälfte der ersten Leistungserzeugungssteuerung die Strömungsraten des Brenngases und des Oxidationsgases, die dem Stapel 20a zugeführt werden, zu, und die Strömungsraten des Brenngases und Oxidationsgases, die dem Stapel 20b zugeführt werden, nehmen ab. In der zweiten Hälfte der ersten Leistungserzeugungssteuerung nehmen die Strömungsraten des Brenngases und des Oxidationsgases, die dem Stapel 20a zugeführt werden, allmählich ab, und die Strömungsraten des Brenngases und des Oxidationsgases, die dem Stapel 20b zugeführt werden, nehmen allmählich zu. Bei der vorliegenden Ausführungsform erhöht sich die Ausgangsleistung des Stapels 20a in der ersten Hälfte der ersten Leistungserzeugungssteuerung, bis der Ausgangsstrom des Stapels 20a den vorstehend beschriebenen oberen Grenzstromwert Im erreicht, und die Ausgangsleistung des Stapels 20a sinkt in der zweiten Hälfte der ersten Leistungserzeugungssteuerung wieder auf die ursprüngliche Ausgangsleistung davon ab. Außerdem wird die Ausgangsleistung des Stapels 20b während dieser Zeit so gesteuert, dass diese zunimmt oder abnimmt, so dass die gesamte Ausgangsleistung der Stapel 20a und 20b der erforderlichen Ausgangsleistung entspricht.
  • [Erhalt der Ausgangsleistungscharakteristik von Stapel 20a]
  • Anschließend erhält die ECU 60 die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a während der Ausführung der ersten Leistungserzeugungssteuerung (Schritt S15a). Insbesondere berechnet die ECU 60 die Ausgangsleistung, indem der obere Grenzstromwert Im mit dem tatsächlichen Ausgangsspannungswert des Stapels 20a zu der Zeit multipliziert wird, wenn der Ausgangsstrom des Stapels 20a den oberen Grenzstromwert Im erreicht. Die ECU 60 erhält diese Ausgangsleistung als einen Index, welcher die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a zu der gegenwärtigen Zeit anzeigt, und diese Ausgangsleistung wird insbesondere in dem RAM der ECU 60 gespeichert. Die Ausgangsleistung, welche durch Multiplizieren des oberen Grenzstromwertes Im mit dem entsprechenden Ausgangsspannungswert berechnet wird, entspricht der maximalen Ausgangsleistung, die der Stapel 20a zu der gegenwärtigen Zeit ausgeben kann. Auf diese Art und Weise erhält die ECU 60 die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a während der Ausführung der ersten Leistungserzeugungssteuerung, bei welcher die Ausgangsleistung des Stapels 20a höher ist als diese während der Ausführung der normalen Leistungserzeugungssteuerung, wodurch die genaue Ausgangsleistung des Stapels 20a erhalten wird.
  • Wenn die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a erhalten ist, wird das vorstehend beschriebene Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungs-Flag des Stapels 20a von AUS auf AN umgeschaltet. Außerdem kann die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a, die bei der letztmalig ausgeführten Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung erhalten wurde, auf die zu dieser Zeit erhaltene Ausgangsleistungscharakteristik aktualisiert werden. Die zu dieser Zeit erhaltene Ausgangsleistungscharakteristik kann in dem RAM der ECU 60 gespeichert werden, unabhängig von der zuletzt erhaltenen Ausgangsleistungscharakteristik. Der Prozess von Schritt S15a entspricht einem Beispiel für einen Prozess, der von der Ausgangsleistungscharakteristikerhaltungseinheit ausgeführt wird, welche die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a erhält.
  • Ferner wird, wie vorstehend beschrieben ist, wenn die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung niedriger als die erste Schwelle β ist, die erste Leistungserzeugungssteuerung ausgeführt. Hierbei gibt im Gegensatz zu dem Fall, in dem die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung höher oder gleich der ersten Schwelle β ist, der Fall, in dem die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung niedriger als die erste Schwelle β ist, den Antriebszustand an, der das hohe Ansprechverhalten der tatsächlichen Ausgangsleistung auf die erforderliche Ausgangsleistung nicht erfordert. Dies entspricht beispielsweise einem Fall, in dem das Fahrzeug 1 mit konstanter Geschwindigkeit auf einer ebenen, befestigten Straße ohne Neigung fährt. In einem solchen Fall nimmt die Ausgangsleistung des Stapels 20a zu und die Ausgangsleistung des Stapels 20b nimmt ab, wodurch die Frequenz des Erhalts der Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a sichergestellt wird, während der Einfluss auf die Fahrbarkeit unterdrückt wird.
  • [Erhalt der kumulativen Betriebszeit von Stapel 20a]
  • Anschließend erhält die ECU 60 die kumulative Betriebszeit des Stapels 20a (Schritt S17a). Die kumulative Betriebszeit des Stapels 20a entspricht der Gesamtzeit, während welcher der Stapel 20a elektrische Leistung bzw. Strom erzeugt. Hier berechnet die CPU der ECU 60 die kumulative Betriebszeit durch konstantes Zählen der Zeit, in der die Ausgangsleistung des Stapels 20a während der Aktivierung des Brennstoffzellensystems gefordert wird, und aktualisiert und speichert die in vorbestimmten Zeitintervallen berechnete kumulative Betriebszeit in dem RAM. Die CPU der ECU 60 erhält aus dem RAM die kumulative Betriebszeit des Stapels 20a, wenn die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a erhalten ist. Hier entspricht die kumulative Betriebszeit des Stapels 20a einem Beispiel für den Betriebsverlauf, welcher die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a beeinflusst. Dies liegt daran, dass sich die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a mit zunehmender kumulativer Betriebszeit des Stapels 20a tendenziell verschlechtert. Der Prozess von Schritt S17a entspricht einem Beispiel für einen Prozess, der von der Verlaufserhaltungseinheit ausgeführt wird, welche den Betriebsverlauf des Stapels 20a erhält.
  • [Datenübertragung von Stapel 20a]
  • Anschließend überträgt die ECU 60 drahtlos Daten einschließlich der erhaltenen Ausgangsleistungscharakteristik und der kumulativen Betriebszeit des Stapels 20a über ein Netzwerk an den externen Server 100 (Schritt S19a). Der externe Server 100 speichert Daten einschließlich der Ausgangsleistungscharakteristik und der kumulativen Betriebszeit, die durch die ECU 60 übertragen werden. So ist es beispielsweise durch den Zugriff auf den externen Server 100 möglich, den Zusammenhang bzw. die Beziehung zwischen der letzten Ausgangsleistungscharakteristik und der kumulativen Betriebszeit des Stapels 20a zu erfassen. Der Prozess von Schritt S19a entspricht einem Beispiel für einen Prozess, der von der Übertragungseinheit ausgeführt wird, die den Betriebsverlauf des Stapels 20a und die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a drahtlos an den externen Server 100 überträgt, der außerhalb des Brennstoffzellensystems angeordnet ist. Darüber hinaus kann anstelle des externen Servers 100 ein mit einem Netzwerk verbundener Cloud-Server als eine externe Speichervorrichtung verwendet werden.
  • [Zweite Leistungserzeugungssteuerung]
  • Nach der Übertragung der Daten einschließlich der Ausgangsleistungscharakteristik und der kumulativen Betriebszeit des Stapels 20a an den externen Server 100 führt die ECU 60 die Prozesse von Schritt S1 und den nachfolgenden Schritten erneut aus. Wenn die ECU 60 nach dem Start des Brennstoffzellensystems die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20b noch nicht erhalten hat, wird bei Schritt S3 Nein bestimmt, und die ECU 60 führt die Prozesse von Schritt S5 und den nachfolgenden Schritten aus. Wenn bei Schritt S11 nach den Schritten S5, S7 und S9 Ja bestimmt wird, führt die ECU 60 die zweite Leistungserzeugungssteuerung aus (Schritt S 13b). Wie die erste Leistungserzeugungssteuerung wird die zweite Leistungserzeugungssteuerung ausgeführt. Insbesondere nimmt in der ersten Hälfte der zweiten Leistungserzeugungssteuerung die Ausgangsleistung des Stapels 20b zu und die Ausgangsleistung des Stapels 20a sinkt. In der zweiten Hälfte der zweiten Leistungserzeugungssteuerung nimmt die Ausgangsleistung des Stapels 20b allmählich ab und die Ausgangsleistung des Stapels 20a nimmt allmählich zu, und schließlich wird die Ausgangsleistung der Stapel 20a und 20b zurück auf die Ausgangsleistung des normalen Leistungserzeugungszustands gesteuert. In der zweiten Leistungserzeugungssteuerung nimmt, wie bei der ersten Leistungserzeugungssteuerung, die Ausgangsleistung des Stapels 20b in der ersten Hälfte der zweiten Leistungserzeugungssteuerung zu, bis der Ausgangsstrom des Stapels 20b den vorstehend beschriebenen oberen Grenzstromwert Im erreicht, und die Ausgangsleistung des Stapels 20b nimmt in der zweiten Hälfte der zweiten Leistungserzeugungssteuerung ab. Außerdem wird während dieser Zeit die Ausgangsleistung des Stapels 20a so gesteuert, dass diese zu- oder abnimmt, so dass die gesamte Ausgangsleistung der Stapel 20a und 20b die erforderliche Ausgangsleistung erfüllt.
  • [Erhalt der Ausgangsleistungscharakteristik von Stapel 20b]
  • Anschließend erhält die ECU 60 die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20b (Schritt S15b). Insbesondere speichert der RAM der ECU 60, wie bei dem Erhalt der Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a, die Ausgangsleistung, die durch Multiplizieren des oberen Grenzstromwerts Im mit dem tatsächlichen Ausgangsspannungswert des Stapels 20b zu der Zeit, wenn der Ausgangsstrom des Stapels 20b den oberen Grenzstromwert Im erreicht, berechnet wird. Die ECU 60 erhält die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20b während der Ausführung der zweiten Leistungserzeugungssteuerung in der vorstehenden Art und Weise, wodurch die genaue Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20b erhalten wird. Wenn die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20b nach dem Start des Brennstoffzellensystems erhalten ist, wird das Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungs-Flag des Stapels 20b von AUS auf AN umgeschaltet. Der Prozess von Schritt S15b ist ein Beispiel für einen Prozess, der von der Ausgangsleistungscharakteristikerhaltungseinheit ausgeführt wird, welche die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20b erhält.
  • [Erhalt der kumulativen Betriebszeit von Stapel 20b]
  • Anschließend erhält die ECU 60 die kumulative Betriebszeit des Stapels 20b (Schritt S17b). Insbesondere erhält die CPU der ECU 60, wie bei dem Erhalt der kumulativen Betriebszeit des Stapels 20a, die kumulative Betriebszeit des Stapels 20b von dem RAM, wenn die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20b erhalten ist. Der Prozess der Schritte S17a und S17b entspricht einem Beispiel für einen Prozess, der von der Verlaufserhaltungseinheit ausgeführt wird, die den Betriebsverlauf der Stapel 20a und 20b erhält.
  • [Datenübertragung von Stapel 20b]
  • Anschließend überträgt die ECU 60 Daten einschließlich der erhaltenen Ausgangsleistungscharakteristik und der kumulativen Betriebszeit des Stapels 20b über das Netzwerk drahtlos an den externen Server 100 (Schritt S19b). Daher ist es beispielsweise durch Zugriff auf den externen Server 100 von einem externen Terminal bzw. Endgerät aus möglich, den Zusammenhang zwischen der Ausgangsleistungscharakteristik und der kumulativen Betriebszeit des Stapels 20b zu erfassen.
  • Wenn die Ausgangsleistungscharakteristik und die kumulative Betriebszeit der beiden Stapel 20a und 20b bereits an den externen Server 100 übertragen wurden, ist es möglich, durch Zugriff auf den externen Server 100 die Beziehung zwischen der Ausgangsleistungscharakteristik und der kumulativen Betriebszeit von beiden Stapeln 20a und 20b zu erfassen. Der Prozess von Schritt S19b ist ein Beispiel für einen Prozess, der von der Übertragungseinheit ausgeführt wird, welche die kumulative Betriebszeit des Stapels 20b und die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20b an den vorstehend beschriebenen externen Server 100 überträgt. Ferner entsprechen die Prozesse der Schritte S19a und S19b einem Beispiel für einen Prozess, der von der Übertragungseinheit ausgeführt wird, die den Betriebsverlauf der Stapel 20a und 20b und die Ausgangsleistungscharakteristik der Stapel 20a und 20b an den vorstehend beschriebenen externen Server 100 überträgt. Nach Schritt S19b wird die normale Leistungserzeugungssteuerung (Schritt S21) ausgeführt. Nachdem die ECU 60 die Ausgangsleistungscharakteristik von beiden Stapeln 20a und 20b nach dem Start des Brennstoffzellensystems erhält, wird bei Schritt S3 Ja bestimmt, und die ECU 60 führt die normale Leistungserzeugungssteuerung aus (Schritt S21).
  • Die ECU 60 verändert die Steuerung von jedem der Stapel 20a und 20b gemäß der so erhaltenen Ausgangsleistungscharakteristik der Stapel 20a und 20b. Wenn beispielsweise die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a niedriger ist als die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20b, kann die Ausgangsleistung des Stapels 20b so gesteuert werden, dass diese ansteigt, um die Abnahme der Ausgangsleistung des Stapels 20a zu kompensieren. Darüber hinaus kann beispielsweise die Ausgangsleistungscharakteristik der Stapel 20a und 20b auf einer Anzeige im Fahrzeug so angezeigt werden, dass der Fahrer diese erfasst. So kann beispielsweise die Ausgangsleistungscharakteristik der Stapel 20a und 20b als die gesamte maximale Ausgangsleistung der Stapel 20a und 20b angegeben werden. Es kann angezeigt werden, ob sich die Ausgangsleistungscharakteristik in einem guten oder niedrigen Zustand befindet. Wenn die Ausgangsleistungscharakteristik von zumindest einem der Stapel 20a und 20b sehr niedrig ist, kann der Fahrer ferner durch eine LIM-Lampe benachrichtigt werden, um zur Reparatur oder zum Austausch aufgefordert zu werden. Zusätzlich wird, wenn es einen großen Unterschied in der Ausgangsleistungscharakteristik zwischen den Stapeln 20a und 20b gibt, und wenn die erforderliche Ausgangsleistung kleiner oder gleich der maximalen Ausgangsleistung von einem der Stapel 20a und 20b ist, der die höhere Ausgangsleistungscharakteristik als diese des anderen Stapels aufweist, einer der Stapel 20a und 20b mit der hohen Ausgangsleistungscharakteristik bevorzugt verwendet. Dies unterdrückt die Häufigkeit der Nutzung des Stapels mit der niedrigen Ausgangsleistungscharakteristik, und unterdrückt eine weitere Verschlechterung der Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels mit der niedrigen Ausgangsleistungscharakteristik.
  • Wenn die ECU 60 die Ausgangsleistungscharakteristik der Stapel 20a und 20b erhält, wird das Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungs-Flag von jedem der Stapel 20a und 20b auf AN geschaltet, so dass bei Schritt S3 Nein bestimmt wird. Wenn die Zündung abgeschaltet ist, schaltet die ECU 60 die Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungs-Flags der Stapel 20a und 20b auf AUS.
  • Im Gegensatz zur vorliegenden Ausführungsform können im Falle der Ausführung der ersten oder zweiten Leistungserzeugungssteuerung, wenn die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung höher oder gleich der ersten Schwelle β ist, die folgenden Probleme auftreten. Um beispielsweise die erste Leistungserzeugungssteuerung auszuführen, wenn die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung höher oder gleich der ersten Schwelle β ist, muss die Ausgangsleistung des Stapels 20a schnell ansteigen. Tatsächlich kann die Ausgangsleistung des Stapels 20a jedoch nicht schnell ansteigen, so dass die Ansprechverzögerung der tatsächlichen Ausgangsleistung der Stapel 20a und 20b gegenüber der erforderlichen Ausgangsleistung auftreten kann. Dies liegt daran, da es aufgrund des Oxidationsgaswiderstands schwierig ist, dass die Strömungsrate des tatsächlich dem Stapel 20a zugeführten Oxidationsgases schnell ansteigt, selbst wenn die Drehzahl des Luftverdichters 30a zum Zuführen des Oxidationsgases hin zu dem Stapel 20a schnell ansteigt. Außerdem liegt dies daran, da die Trocknung der Elektrolytmembran voranschreiten könnte und sich die Ausgangsleistungscharakteristik vorübergehend verschlechtern könnte, selbst wenn die Strömungsrate des Oxidationsgases schnell ansteigt. Daher wird durch Ausführen der ersten oder zweiten Leistungserzeugungssteuerung, wenn die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung bei der vorliegenden Ausführungsform niedriger als die erste Schwelle β ist, die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a oder 20b ohne die vorstehende Ansprechverzögerung erreicht.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die erste und zweite Leistungserzeugungssteuerung ausgeführt werden, wenn die Ausgangsleistungscharakteristik von beiden Stapeln 20a und 20b nach dem Start des Brennstoffzellensystems noch nicht erhalten wurde (Nein bei Schritt S3), diese ist jedoch nicht darauf beschränkt. So kann beispielsweise die vorstehend beschriebene vorbestimmte Bedingung irgendeine Bedingung aus einer Bedingung, dass die kumulative Betriebszeit des Brennstoffzellensystems eine vorbestimmte Zeit überschritten hat, einer Bedingung, dass die Fahrstrecke des Fahrzeugs 1 eine vorbestimmte Strecke überschritten hat, und einer Bedingung, dass die Zeit ausgehend von dem Zeitpunkt, zu dem die Ausgangsleistungscharakteristik von einem der Stapel 20a und 20b zuletzt erhalten wurde, eine vorbestimmte Zeit überschritten hat, umfassen. Hierbei nimmt, wenn die Ausgangsleistungscharakteristik von einem der Stapel 20a und 20b erhalten wird, die Ausgangsleistung von einem der Stapel 20a und 20b zu, und im Allgemeinen nimmt auch der Verlust zu und der Kraftstoffverbrauch verschlechtert sich, wenn die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle zunimmt. Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, die vorstehend beschriebene vorbestimmte Bedingung unter Berücksichtigung der Sicherstellung der Häufigkeit der Erhaltung der Ausgangsleistungscharakteristik und der Unterdrückung der Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs einzustellen.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die kumulative Betriebszeit der Stapel 20a und 20b als ein Beispiel für den Betriebsverlauf der Brennstoffzelle beschrieben, diese ist jedoch nicht darauf beschränkt. So kann beispielsweise der Betriebsverlauf des Stapels 20a zumindest einer aus der kumulativen Anzahl von Starts davon, der kumulativen Anzahl von Stopps davon und der kumulativen Anzahl von Starts davon bei einer Außenlufttemperatur unter dem Gefrierpunkt entsprechen. Dies liegt daran, dass sich die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a tendenziell verschlechtert, wenn die kumulative Betriebszeit zunimmt oder wenn die kumulative Anzahl von Starts und Stopps zunimmt. Darüber hinaus ist dies darauf zurückzuführen, dass das in den Einheitszellen des Stapels 20a erstarrte Eis dazu neigt, die Leistungsfähigkeit der Elektrolytmembran zu beeinflussen, wenn die kumulierte Anzahl der Starts bei einer Außenlufttemperatur unter dem Gefrierpunkt zunimmt. Es ist vorzuziehen, einen solchen Antriebsverlauf durch verschiedene Sensoren zu erhalten und diesen bei Bedarf in dem RAM der ECU 60 zu speichem. So werden beispielsweise die kumulative Anzahl der Starts und die kumulative Anzahl der Stopps berechnet, indem die Anzahl der Male bzw. die Häufigkeit gezählt wird, wenn der Zündschalter 11 auf AN und AUS geschaltet wird. Die kumulierte Anzahl der Starts bei einer Außenlufttemperatur unter dem Gefrierpunkt wird durch Zählen von Fällen berechnet, in denen die von einem Außenlufttemperatursensor erfasste Außenlufttemperatur eine Temperatur unter dem Gefrierpunkt angibt, wenn der Zündschalter 11 auf AN geschaltet wird.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform überträgt die ECU 60 Daten einschließlich der Ausgangsleistungscharakteristik und der kumulativen Betriebszeit des Stapels 20a sowie Daten einschließlich der Ausgangsleistungscharakteristik und der kumulativen Betriebszeit des Stapels 20b unabhängig davon. Jedoch können Daten einschließlich der Ausgangsleistungscharakteristik und der kumulativen Betriebszeit von beiden Stapeln 20a und 20b auf einmal übertragen werden, nachdem beide Ausgangsleistungscharakteristika und beide Betriebsverläufe erhalten sind. Ferner kann die ECU 60 bei Bedarf die kumulative Betriebszeit der Stapel 20a und 20b übertragen und diese kann die Ausgangsleistungscharakteristik von einem der Stapel 20a und 20b übertragen, wenn eine der Ausgangsleistungscharakteristika der Stapel 20a und 20b erhalten wird. Das heißt, der Übertragungszeitpunkt der Daten ist nicht beschränkt.
  • Bei den vorstehend beschriebenen Schritten S13a, S13b, S15a und S15b erhält die ECU 60 die Ausgangsleistungscharakteristik in dem Zustand, in dem der Ausgangsstrom des Stapels auf den oberen Grenzstromwert Im gesteuert wird, diese ist jedoch nicht darauf beschränkt. So kann die ECU 60 beispielsweise die Ausgangsleistung durch Multiplizieren des unteren Grenzspannungswerts Vm mit dem Ausgangsstromwert in einem Zustand, in dem der Ausgangsspannungswert des Stapels auf den vorstehend beschriebenen unteren Grenzspannungswert Vm gesteuert wird, berechnen, und die ECU 60 kann die Ausgangsleistung als die Ausgangsleistungscharakteristik erhalten. Auf jeden Fall erhält die ECU 60 die Ausgangsleistungscharakteristik in einem Zustand, in dem die Ausgangsleistung des Stapels auf den maximalen Ausgang zu der vorliegenden Zeit gesteuert wird, diese ist jedoch nicht darauf beschränkt. So kann die ECU 60 beispielsweise den Ausgangsstromwert des Stapels auf einen vorbestimmten Stromwert steuern, um voraussichtlich 80 Prozent, vorzugsweise 90 Prozent der Nennausgangsleistung des Stapels zu erreichen, diese kann die Ausgangsleistung durch Multiplizieren des vorbestimmten Stromwertes mit dem tatsächlichen Ausgangsspannungswert entsprechend dazu berechnen, und diese kann die Ausgangsleistung als die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels erhalten. Gleichermaßen kann die ECU 60 den Ausgangsspannungswert des Stapels auf einen vorbestimmten Spannungswert steuern, um voraussichtlich 80 Prozent, vorzugsweise 90 Prozent der Nennausgangsleistung des Stapels zu erreichen, diese kann die Ausgangsleistung durch Multiplizieren des vorbestimmten Spannungswerts mit dem tatsächlichen Ausgangsstromwert entsprechend dazu berechnen, und diese kann die Ausgangsleistung als die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels erhalten. Wenn etwa 80 Prozent der Nennausgangsleistung erreicht werden, spiegelt sich die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels in der Ausgangsleistung davon wider. Daher kann der vorstehend beschriebene vorbestimmte Wert α 80 Prozent oder mehr jeder Nennausgangsleistung der Stapel 20a und 20b betragen.
  • Ferner erhält die ECU 60 bei der vorliegenden Ausführungsform die tatsächliche Ausgangsleistung als die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels, diese ist jedoch nicht darauf beschränkt. So kann die ECU 60 beispielsweise einen Ausgangsspannungswert als einen Index erhalten, der die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels anzeigt, in einem Zustand, in dem der Ausgangsstromwert des Stapels auf den oberen Grenzstromwert Im gesteuert wird. Dies liegt daran, da, wie in 2 dargestellt ist, die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels umso höher ist, je höher der dem oberen Grenzstromwert Im entsprechenden Ausgangsspannungswert ist. Ferner kann die ECU 60 einen Ausgangsstromwert als einen Index erhalten, welcher die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels angibt, in einem Zustand, in dem die Ausgangsspannung des Stapels auf den unteren Grenzspannungswert Vm gesteuert wird. Dies liegt daran, da, wie in 2 dargestellt ist, die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels umso höher ist, je höher der Ausgangsstromwert entsprechend dem unteren Grenzspannungswert Vm ist.
  • Als nächstes ist 4 ein Zeitdiagramm, wenn die Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung ausgeführt wird. 4 stellt den Übergang der erforderlichen Ausgangsleistung, den Übergang der Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung und den Übergang jeder Ausgangsleistung der Stapel 20a und 20b dar. Die erforderliche Ausgangsleistung nimmt von Zeitpunkt t0 bis Zeitpunkt t1 allmählich zu, aber da die erforderliche Ausgangsleistung kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert α ist (Nein bei Schritt S5), wird die normale Leistungserzeugungssteuerung ausgeführt (Schritt S21). Obwohl die erforderliche Ausgangsleistung vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 höher oder gleich dem vorbestimmten Wert α ist (Ja bei Schritt S5), ist die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung höher oder gleich der ersten Schwelle β (Nein bei Schritt S9), und die normale Leistungserzeugungssteuerung wird fortgesetzt (Schritt S21). Somit steigen vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t2 die Ausgangsleistung des Stapels 20a und die Ausgangsleistung des Stapels 20b bei im Wesentlichen gleicher Geschwindigkeit.
  • Nach dem Zeitpunkt t2 liegt die erforderliche Ausgangsleistung weiterhin auf dem vorbestimmten Wert α oder mehr (Ja bei Schritt S5) und die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung ist niedriger als die erste Schwelle β (Ja bei Schritt S9). Somit wird die erste Leistungserzeugungssteuerung von Zeitpunkt t2 bis Zeitpunkt t4 ausgeführt (Schritt S13a). In der ersten halben Periode bzw. Hälfte der ersten Leistungserzeugungssteuerung von Zeitpunkt t2 bis Zeitpunkt t3 steigt die Ausgangsleistung des Stapels 20a und die Ausgangsleistung des Stapels 20b sinkt. Zum Zeitpunkt t3 erreicht die Ausgangsleistung des Stapels 20a ein Maximum, und die ECU 60 erhält die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a (Schritt S15a). In der zweiten halben Periode bzw. Hälfte der ersten Leistungserzeugungssteuerung von Zeitpunkt t3 bis Zeitpunkt t4 nimmt die Ausgangsleistung des Stapels 20a allmählich ab und die Ausgangsleistung des Stapels 20b nimmt allmählich zu, und dann erreicht die Ausgangsleistung der Stapel 20a und 20b zum Zeitpunkt t4 im Wesentlichen den gleichen Wert.
  • Zum Zeitpunkt t4 ist die erforderliche Ausgangsleistung höher oder gleich dem vorbestimmten Wert α (Ja bei Schritt S5), die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung ist niedriger als die erste Schwelle β (Ja bei Schritt S9), und die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a wurde bereits erhalten (Ja bei Schritt S11). Daher wird die zweite Leistungserzeugungssteuerung von Zeitpunkt t4 bis Zeitpunkt t6 ausgeführt (Schritt S 13b). In der ersten Hälfte der zweiten Leistungserzeugungssteuerung von Zeitpunkt t4 bis Zeitpunkt t5 steigt die Ausgangsleistung des Stapels 20b und die Ausgangsleistung des Stapels 20a sinkt. Zum Zeitpunkt t5 erreicht die Ausgangsleistung des Stapels 20b ein Maximum und die ECU 60 erhält die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20b (Schritt S15b). In der zweiten Hälfte der zweiten Leistungserzeugungssteuerung von Zeitpunkt t5 bis Zeitpunkt t6 nimmt die Ausgangsleistung des Stapels 20b allmählich ab und die Ausgangsleistung des Stapels 20a steigt allmählich an, und dann erreicht die Ausgangsleistung der Stapel 20a und 20b zum Zeitpunkt t6 im Wesentlichen den gleichen Wert. Nach dem Zeitpunkt t6 wird die normale Leistungserzeugungssteuerung ausgeführt (Schritt S21).
  • Die Ausgangsleistung des Stapels 20a nimmt von der maximalen Ausgangsleistung in der zweiten halben Periode bzw. Hälfte der vorstehend beschriebenen ersten Leistungserzeugungssteuerung allmählich ab. Der Ausgangsstromwert und der Ausgangsspannungswert des Stapels 20a können jedoch in der vorstehenden Periode erhalten werden, und zumindest eine Beziehung aus der Beziehung zwischen dem Ausgangsstromwert und dem Ausgangsspannungswert, der Beziehung zwischen dem Ausgangsstromwert und dem Ausgangsleistungswert und der Beziehung zwischen dem Ausgangsspannungswert und dem Ausgangsleistungswert kann als die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a erhalten werden. Daher gehört die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a zu einem vorbestimmten Bereich, in dem die Ausgangsleistung des Stapels 20a hoch ist, und die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a wird genauer erfasst. Darüber hinaus kann in der ersten Hälfte der ersten Leistungserzeugungssteuerung, in der die Ausgangsleistung des Stapels 20a allmählich auf die maximale Ausgangsleistung ansteigt, der Ausgangsstromwert und der Ausgangsspannungswert des Stapels 20a erhalten werden, und die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a kann erhalten werden. In diesem Fall kann die Elektrolytmembran jedoch aufgrund der allmählichen Erhöhung der Strömungsrate des Oxidationsgases während einer Zeitdauer, in der die Ausgangsleistung des Stapels 20a allmählich zunimmt, getrocknet werden, und die genaue Ausgangsleistungscharakteristik kann nicht erhalten werden. Es ist daher vorzuziehen, die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a in der zweiten Hälfte der ersten Leistungserzeugungssteuerung zu erhalten, in der die Ausgangsleistung des Stapels 20a allmählich von der maximalen Ausgangsleistung abnimmt. Die vorstehende Beschreibung gilt für den Stapel 20b.
  • [Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung (erste Variation)]
  • Nachfolgend erfolgt eine Beschreibung der Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung gemäß den Variationen. Der gleiche Prozess wie dieser der vorstehend beschriebenen Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung ist durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet und auf eine doppelte Beschreibung wird verzichtet. 5 ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel für die Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung gemäß einer ersten Variation darstellt. In der ersten Variation erhält die ECU 60 nicht die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung selbst, sondern die Zunahmegeschwindigkeit des Gaspedalöffnungsgrades von dem Gaspedalöffnungsgradsensor 13 (Schritt S7a), und bestimmt, ob die Zunahmegeschwindigkeit des Gaspedalöffnungsgrades kleiner als eine zweite Schwelle βa ist oder nicht (Schritt S9a). Die zweite Schwelle βa wird vorab in dem ROM der ECU 60 voreingestellt. Eine Bedingung, dass die Zunahmegeschwindigkeit des Gaspedalöffnungsgrades niedriger ist als die zweite Schwelle βa, entspricht einem Beispiel einer vorbestimmten Bedingung zum Ausführen der ersten und zweiten Leistungserzeugungssteuerung.
  • Die ECU 60 erhält die Zunahmegeschwindigkeit des Gaspedalöffnungsgrades beispielsweise wie folgt. Die ECU 60 erhält den Gaspedalöffnungsgrad in vorbestimmten Zeitintervallen von dem Gaspedalöffnungsgradsensor 13 und teilt die Differenz zwischen dem zuletzt erhaltenen Gaspedalöffnungsgrad und dem diesmal erhaltenen Gaspedalöffnungsgrad durch das vorbestimmte Zeitintervall. Der erhaltene Wert wird als die Zunahmegeschwindigkeit des Gaspedalöffnungsgrades erhalten. Wenn der so erhaltene Wert negativ ist, zeigt der Wert an, dass der Gaspedalöffnungsgrad abnimmt. Wenn der Wert positiv ist, zeigt der Wert an, dass der Gaspedalöffnungsgrad zunimmt.
  • Hierbei gilt, je größer der „Gaspedalöffnungsgrad“ ist, desto höher ist die dem Motor 54 von den Stapeln 20a und 20b zuzuführende Ausgangsleistung, das heißt, desto höher ist die erforderliche Ausgangsleistung. Je größer der Gaspedalöffnungsgrad ist, desto höher ist daher die „Zunahmegeschwindigkeit“ der erforderlichen Ausgangsleistung. Wie vorstehend beschrieben ist, umfasst die „erforderliche Ausgangsleistung“ auch die elektrische Leistung, die benötigt wird, um nicht nur den Motor 54 anzutreiben, sondern auch andere Hilfsvorrichtungen, im Allgemeinen ist die elektrische Leistung, die benötigt wird, um den Motor 54 anzutreiben, jedoch höher als die elektrische Leistung, die zum Antreiben der Hilfsvorrichtungen benötigt wird. Entsprechend korreliert die Zunahmegeschwindigkeit des Gaspedalöffnungsgrades mit der Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung. Der Fall, in dem die Zunahmegeschwindigkeit des Gaspedalöffnungsgrades hoch ist, entspricht dem Fall, in dem das Fahrzeug 1 plötzlich gestartet oder beschleunigt werden soll. Ferner entspricht der Fall, in dem die Zunahmegeschwindigkeit des Gaspedalöffnungsgrades gering ist, beispielsweise dem Fall, in dem der Gaspedalöffnungsgrad konstant ist und das Fahrzeug 1 mit einer konstanten Geschwindigkeit fährt. Eine Bedingung, dass die Zunahmegeschwindigkeit des Gaspedalöffnungsgrades niedriger ist als die zweite Schwelle βa, entspricht einem Beispiel für eine vorbestimmte Bedingung zum Ausführen der ersten und zweiten Leistungserzeugungssteuerung.
  • Die Zunahmegeschwindigkeit des Gaspedalöffnungsgrades wird verglichen mit dem Fall, in dem die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung bei der vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsform erhalten wird, frühzeitig erhalten. Die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung wird berechnet, nachdem die erforderliche Ausgangsleistung basierend auf dem Gaspedalöffnungsgrad, den Antriebszuständen der Hilfsvorrichtungen, der Fahrbedingung des Fahrzeugs 1 und dergleichen berechnet wurde. Im Gegensatz dazu wird die Zunahmegeschwindigkeit des Gaspedalöffnungsgrades lediglich basierend auf der Änderung pro Einheitszeit des Gaspedalöffnungsgrades berechnet. Bevor die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung tatsächlich zunimmt, ist es daher möglich, den Prozess nach Schritt S9a und die nachfolgenden Prozesse, wie den Prozess von Schritt S13a, frühzeitig zu starten. Dadurch wird die Ausgangsleistungscharakteristik in kurzer Zeit erhalten.
  • Die Reihenfolge der Schritte S5, S7a und S9a ist nicht auf den vorstehenden Fall beschränkt. Ferner können, wenn sowohl Schritt S9a als auch Schritt S9 der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt werden und bei beiden Schritten JA bestimmt wird, der Prozess von Schritt S11 und die nachfolgenden Prozesse ausgeführt werden. Dies liegt daran, da der Zustand, in dem die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung nicht zunimmt, genau abgeschätzt wird.
  • [Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung (zweite Variation)]
  • 6 ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel für die Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung gemäß einer zweiten Variation darstellt. In der zweiten Variation erhält die ECU 60 nicht die Zunahmegeschwindigkeit des Gaspedalöffnungsgrades, sondern den Gaspedalöffnungsgrad selbst (Schritt S7b), und bestimmt, ob der Gaspedalöffnungsgrad kleiner als eine dritte Schwelle βb ist oder nicht (Schritt S9b). Wenn der Gaspedalöffnungsgrad kleiner als die dritte Schwelle βb ist, kann die erste oder zweite Leistungserzeugungssteuerung ausgeführt werden, wenn der Gaspedalöffnungsgrad jedoch nicht kleiner als die dritte Schwelle βb ist, wird die normale Leistungserzeugungssteuerung ausgeführt. Eine Bedingung, dass der Gaspedalöffnungsgrad kleiner als die dritte Schwelle βb ist, entspricht einem Beispiel für eine vorbestimmte Bedingung zum Ausführen der ersten und zweiten Leistungserzeugungssteuerung.
  • Wenn der Gaspedalöffnungsgrad kleiner als die dritte Schwelle βb ist, das heißt, wenn der Gaspedalöffnungsgrad klein ist, wird die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung als gering eingeschätzt. Ein kleiner Gaspedalöffnungsgrad gibt einen kleinen Niederdrückbetrag des Gaspedals an, und es ist kaum denkbar, das Gaspedal zu betätigen, um die Zunahmegeschwindigkeit des Gaspedalöffnungsgrades in einem solchen Zustand des kleinen Niederdrückbetrags des Gaspedals zu erhöhen. Ferner wird bei großem Gaspedalöffnungsgrad die erforderliche Ausgangsleistung selbst als hoch eingeschätzt und die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung wird als hoch eingeschätzt. Eine große Gaspedalöffnung zeigt einen großen Niederdrückbetrag des Gaspedals an, und es ist denkbar, dass das Gaspedal bereits von einem Zustand des kleinen Niederdrückbetrags des Gaspedals in kurzer Zeit zu einem Zustand des großen Niederdrückbetrags des Gaspedals betätigt wurde. Durch das Erhalten des Gaspedalöffnungsgrades selbst und nicht der Zunahmegeschwindigkeit der Gaspedalöffnung auf die vorstehende Weise, wird die Verarbeitungslast der ECU 60 reduziert.
  • Die Reihenfolge der Schritte S5, S7b und S9b ist nicht auf den vorstehend beschriebenen Fall beschränkt. Ferner können, wenn Schritt S9b und zumindest einer der Schritte S9 und 9a ausgeführt werden und in allen Prozessen JA bestimmt wird, der Prozess von Schritt S11 und die nachfolgenden Prozesse ausgeführt werden.
  • [Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung (dritte Variation)]
  • 7 ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel für die Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung gemäß einer dritten Variation darstellt. In einer dritten Variation erhält die ECU 60 eine prognostizierte Route, auf der das Fahrzeug 1 innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums, beispielsweise einer Minute, ausgehend von der aktuellen Position fahren soll (Schritt S7c), und die ECU 60 bestimmt, ob ein vorbestimmter Abschnitt von der prognostizierten Route ausgeschlossen ist oder nicht (Schritt S9c). Wenn ein vorbestimmter Abschnitt von der prognostizierten Route ausgeschlossen ist, kann die erste oder zweite Leistungserzeugungssteuerung ausgeführt werden. Wenn der vorbestimmte Abschnitt jedoch in der prognostizierten Route enthalten ist, wird die normale Leistungserzeugungssteuerung ausgeführt. Eine Bedingung, dass der vorbestimmte Abschnitt von der prognostizierten Route ausgeschlossen ist, entspricht einem Beispiel für die vorbestimmte Bedingung zum Ausführen der ersten und zweiten Leistungserzeugungssteuerung.
  • Hierbei umfasst der vorstehende vorbestimmte Abschnitt eine Auffahrt einer Schnellstraße, eine Auffahrt einer Autobahn, einen Abschnitt, in dem ein Neigungswinkel einer Steigung einem vorbestimmten Wert oder mehr entspricht, und einen Abschnitt, in dem eine Zunahmerate eines Neigungswinkels einer Steigung einem vorbestimmten Wert oder mehr entspricht. Wenn diese Abschnitte in der prognostizierten Route enthalten sind, wird die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung als hoch prognostiziert. Hierbei entspricht die Auffahrt der Schnellstraße beispielsweise einem ETC-Gate (Electronic-Toll-Collection-System) oder einer Mautstelle. Beispielsweise in einem Fall, in dem die Auffahrt der Schnellstraße in der prognostizierten Route enthalten ist, kann prognostiziert werden, dass das Fahrzeug 1 schnell beschleunigen wird und die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung zunehmen wird, wenn das Fahrzeug 1 von einer allgemeinen Straße in das ETC-Gate einfährt oder nachdem das Fahrzeug 1 vorübergehend an der Mautstelle hält und eine Maut bezahlt wird. Gleichermaßen kann prognostiziert werden, wenn das Fahrzeug 1 von einer allgemeinen Straße auf die Autobahn fährt. Darüber hinaus kann in einem Abschnitt, in dem der Neigungswinkel der Steigung ein vorbestimmter Wert oder mehr ist, prognostiziert werden, dass die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung zunehmen wird, wenn das Fahrzeug 1 in einen solchen Abschnitt einfährt. Selbst in einem Abschnitt, in dem die Zunahmegeschwindigkeit des Neigungswinkels der Steigung ein vorbestimmter Wert oder mehr ist, kann prognostiziert werden, dass die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung zunehmen wird.
  • Außerdem kann der vorbestimmte Abschnitt eine Auffahrt einer Schnellstraße und eine Auffahrt einer Autobahn sowie irgendeinen Abschnitt aus einem Abschnitt, bei dem ein Neigungswinkel einer Steigung einem vorbestimmten Wert oder mehr entspricht, und einem Abschnitt, bei dem eine Zunahmerate eines Neigungswinkels einer Steigung ein vorbestimmter Wert oder mehr ist, umfassen. Dies liegt daran, da in vielen Fällen der Abschnitt, in dem ein Neigungswinkel einer Steigung ein vorbestimmter Wert oder mehr ist, den Abschnitt umfasst, in dem eine Zunahmerate eines Neigungswinkels einer Steigung ein vorbestimmter Wert oder mehr ist, und der Abschnitt, in dem eine Zunahmerate eines Neigungswinkels einer Steigung ein vorbestimmter Wert oder mehr ist, den Abschnitt umfasst, in dem ein Neigungswinkel einer Steigung ein vorbestimmter Wert oder mehr ist. Darüber hinaus ist es möglich, den Abschnitt genau vorherzusagen, in dem die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung weiter zunehmen wird, in dem Fall, in dem der vorbestimmte Abschnitt umfasst: einen Abschnitt, in dem ein Neigungswinkel einer Steigung ein vorbestimmter Wert oder mehr ist; und einen Abschnitt, in dem eine Zunahmerate eines Neigungswinkels einer Steigung ein vorbestimmter Wert oder mehr ist.
  • Die prognostizierte Route kann von der Navigationsvorrichtung 70 erhalten werden, in der ein Ziel eingestellt ist. Dies liegt daran, dass die Navigationsvorrichtung 70 die für die Fahrt des Fahrzeugs 1 geeignete Route basierend auf dem eingestellten Ziel, der vom GPS-Empfänger erhaltenen aktuellen Position und den gespeicherten Kartendaten berechnet, wenn das Ziel in der Navigationsvorrichtung 70 eingestellt ist. Ferner kann in dem Fall, in dem ein Fahrverlauf, der eine Route angibt, auf der das Fahrzeug 1 bereits gefahren ist, in dem RAM der ECU 60 gespeichert ist, die prognostizierte Route basierend auf einem solchen Fahrverlauf erhalten werden. Darüber hinaus kann die prognostizierte Route, auf der das Fahrzeug 1 innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne von der aktuellen Position aus fahren soll, basierend auf der durchschnittlichen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 1, der Geschwindigkeitsbegrenzung der Route, auf der das Fahrzeug 1 fahren soll, und dergleichen erhalten werden.
  • Der Fall, in dem die prognostizierte Route, wo das Fahrzeug 1 innerhalb einer Minute von der aktuellen Position aus fahren soll, erhalten wird, ist vorstehend als ein Beispiel beschrieben, aber nicht darauf beschränkt. Die prognostizierte Route kann beispielsweise innerhalb von 3 Minuten, 5 Minuten, 7 Minuten und 10 Minuten ab der aktuellen Position liegen. Diese Zeiträume sind vorzugsweise unter Berücksichtigung der Zeit, die für die Ausführung der ersten und zweiten Leistungserzeugungssteuerung benötigt wird, und der Zeit, die benötigt wird, um jede Ausgangsleistungscharakteristik der Stapel 20a und 20b zu erhalten, eingestellt. Das heißt, in dem Fall, in dem die lange Zeit benötigt wird, um jede Ausgangsleistungscharakteristik der Stapel 20a und 20b zu erhalten, wird diese Zeitspanne vorzugsweise lang eingestellt.
  • Die Reihenfolge der Schritte S5, S7c und S9c ist nicht auf den vorstehend beschriebenen Fall beschränkt. Zusätzlich kann, wenn Schritt S9c und zumindest einer der Schritte S9, S9a und S9b ausgeführt werden und in allen Schritten JA bestimmt wird, der Prozess nach Schritt S11 und die nachfolgenden Prozesse ausgeführt werden.
  • [Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung (Vierte Variation)]
  • 8 ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel für die Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung gemäß einer vierten Variation darstellt. Die Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung gemäß der vierten Variation wird durch eine Temperaturerhaltungseinheit und eine Temperaturbestimmungseinheit erreicht, die funktionell durch die ECU 60 verwirklicht werden, im Gegensatz zu der Ausgangsleistungscharakteristik-Erhaltungssteuerung gemäß der vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsform. Wenn die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a noch nicht erhalten wurde (Nein bei Schritt S11), erhält die ECU 60 die Temperatur des Stapels 20a basierend auf dem Ausgangswert von dem Temperatursensor 26a (Schritt S121a), und bestimmt, ob die Temperatur zu einem vorbestimmten Temperaturbereich gehört oder nicht (Schritt S122a). Der vorbestimmte Temperaturbereich kann beispielsweise von 50 Grad Celsius bis 80 Grad Celsius oder von 60 Grad Celsius bis 70 Grad Celsius reichen.
  • Wenn die Temperatur des Stapels 20a nicht zu dem vorbestimmten Temperaturbereich gehört (Nein bei Schritt S122a), führt die ECU 60 die normale Leistungserzeugungssteuerung aus (Schritt S21). Wenn bei Schritt S122a jedoch JA bestimmt wird, führt die ECU 60 die erste Leistungserzeugungssteuerung aus (Schritt S13a) und erhält die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a (Schritt S15a). Daher erhält die ECU 60 die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a unter im Wesentlichen konstanten Temperaturbedingungen. Daher erhält die ECU 60 die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a unter der Bedingung, dass der Einfluss auf die Ausgangsleistungscharakteristik durch die Temperaturänderung des Stapels 20a unterdrückt wird. Wenn die Temperatur des Stapels 20a zu niedrig ist, kann außerdem die im Stapel 20a erzeugte Kondenswassermenge steigen und die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a könnte sich vorübergehend verschlechtern. Wenn die Temperatur des Stapels 20a zu hoch ist, könnte das Innere des Stapels 20a getrocknet werden und die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a kann sich vorübergehend verschlechtern. Die ECU 60 erhält die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a mit Ausnahme der Temperaturbedingung, in der sich die Ausgangsleistungscharakteristik vorübergehend verschlechtern kann. Entsprechend erhält die ECU 60 die genaue Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a. Eine Bedingung, dass die Temperatur des Stapels 20a zu dem vorbestimmten Bereich gehört, entspricht einem Beispiel für eine vorbestimmte Bedingung zum Ausführen der ersten Leistungserzeugungssteuerung.
  • Gleichermaßen erhält die ECU 60, wenn die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels 20a bereits erhalten wurde (Ja bei Schritt S11), die Temperatur des Stapels 20b basierend auf dem Ausgangswert des Temperatursensors 26b (Schritt S121b), und bestimmt, ob die Temperatur zu einem vorbestimmten Temperaturbereich gehört oder nicht (Schritt S122b). Der Temperaturbereich von Schritt S122a und der Temperaturbereich von Schritt S122b sind vorzugsweise gleich, um die Temperaturbedingungen zu schaffen, wenn die ECU 60 die Ausgangsleistungscharakteristik der Stapel 20a und 20b im Wesentlichen gleich erhält. Eine Bedingung, dass die Temperatur des Stapels 20b zu einem vorbestimmten Bereich gehört, entspricht einem Beispiel für eine vorbestimmte Bedingung zum Ausführen der zweiten Leistungserzeugungssteuerung.
  • [Konfiguration des Brennstoffzellensystems (Variation)]
  • Es wird ein Brennstoffzellensystem gemäß einer Variation beschrieben. 9 ist eine Konfigurationsansicht eines Fahrzeugs 1a, das mit dem Brennstoffzellensystem gemäß der Variation ausgestattet ist. In dem Brennstoffzellensystem gemäß der Variation ist im Gegensatz zur vorliegenden Ausführungsform anstelle der beiden Luftverdichter 30a und 30b ein einzelner Luftverdichter 30c vorgesehen. Der Luftverdichter 30c ist größer als jeder der Luftverdichter 30a und 30b und ist in der Lage, den Stapel 20a und 20b mit dem Oxidationsgas mit einer Strömungsrate zu versorgen, die im Wesentlichen gleich der Summe der maximalen Strömungsraten des Oxidationsgases durch die Luftverdichter 30a und 30b ist. Ein Ende einer Luftleitung 32c ist mit dem Luftverdichter 30c verbunden, die Luftleitung 32c ist auf halbem Weg in zwei Teile verzweigt und die beiden anderen Enden sind entsprechend mit den Stapeln 20a und 20b verbunden. Das Oxidationsgas wird von dem Luftverdichter 30c über die Luftleitung 32c zu den Stapeln 20a und 20b geführt.
  • Ferner sind Ventile 34a und 34b an zwei verzweigten Abschnitten der Luftleitung 32c vorgesehen, die voneinander verzweigt sind. Jeder Öffnungsgrad der Ventile 34a und 34b wird durch die ECU 60 angepasst. Durch Anpassen jedes Öffnungsgrades der Ventile 34a und 34b wird die Strömungsrate des zu jedem der Stapel 20a und 20b geführten Oxidationsgases gesteuert. Der Luftverdichter 30c, die Ventile 34a und 34b sowie die Injektoren 44a und 44b entsprechen einem Beispiel für ein Zuführsystem, das den Stapeln 20a und 20b ein Reaktionsgas zuführt.
  • So wird beispielsweise die erste Leistungserzeugungssteuerung von der normalen Leistungserzeugungssteuerung umgeschaltet, indem der Öffnungsgrad des Ventils 34a erhöht und der Öffnungsgrad des Ventils 34b verringert wird, ausgehend von dem Zustand, in dem die Öffnungsgrade der Ventile 34a und 34b in der normalen Leistungserzeugungssteuerung im Wesentlichen gleich sind. Das heißt, die erste Leistungserzeugungssteuerung wird durch Steuern der Öffnungsgrade der Ventile 34a und 34b ausgeführt, ohne die Drehzahl des Luftverdichters 30c zu verändern. Gleichermaßen wird die zweite Leistungserzeugungssteuerung durch Anpassen der Öffnungsgrade der Ventile 34a und 34b von der normalen Leistungserzeugungssteuerung umgeschaltet. Somit muss sich die Drehzahl des Luftverdichters 30c nicht ändern, um die erste oder zweite Leistungserzeugungssteuerung auszuführen, wodurch eine Zunahme des Leistungsverbrauchs aufgrund einer Erhöhung oder Verringerung der Drehzahl des Luftverdichters 30c unterdrückt wird.
  • [Weitere]
  • Obwohl die vorstehend beschriebene Ausführungsform und Variationen die beiden parallel zueinander verbundenen Stapel 20a und 20b umfassen, können diese drei oder mehr parallel verbundene Stapel umfassen. Auch in diesem Fall kann, wenn die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung hoch ist, die Ausgangsleistung aller Stapel so gesteuert werden, dass diese im Wesentlichen gleich ist. Wenn die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung niedrig ist, kann die Ausgangsleistung von zumindest einem Stapel erhöht sein und die Ausgangsleistung der anderen Stapel kann verringert sein, und dann kann die Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels mit der erhöhten Ausgangsleistung erhalten werden. Dies stellt die Häufigkeit der Erhaltung der Ausgangsleistungscharakteristik des Stapels sicher, wenn die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung niedrig ist, während die Ansprechverzögerung der tatsächlichen Ausgangsleistung unterdrückt wird, wenn die Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung hoch ist.
  • Die Stapel 20a und 20b bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform und den Variationen haben den gleichen Nennausgang bzw. die gleiche Nennleistung, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Wenn sich die Stapel 20a und 20b in der Nennausgangsleistung voneinander unterscheiden, werden das Verhältnis der Ausgangsleistung des Stapels 20a zu der Nennleistung davon und das Verhältnis der Ausgangsleistung des Stapels 20b zu der Nennleistung davon so gesteuert, dass diese in der normalen Leistungserzeugungssteuerung im Wesentlichen gleich sind. In der ersten Leistungserzeugungssteuerung kann das Verhältnis der Ausgangsleistung des Stapels 20a zu der Nennleistung davon so gesteuert werden, dass dieses größer ist als dieses in dem normalen Leistungserzeugungszustand, und das Verhältnis der Ausgangsleistung des Stapels 20b zu dessen Nennleistung kann so gesteuert werden, dass dieses kleiner ist als dasjenige in dem normalen Leistungserzeugungszustand.
  • Bei der vorstehend erwähnten Ausführungsform und den Variationen werden die Daten einschließlich der Betriebsverläufe und der Ausgangsleistungscharakteristik der Stapel 20a und 20b über eine drahtloser Übertragung an den externen Server 100 übertragen, diese sind jedoch nicht auf die drahtlose Übertragung beschränkt. So können beispielsweise zum Zeitpunkt der Reparatur oder dergleichen des Fahrzeugs 1 in einem Werk die Daten einschließlich der Betriebsverläufe und der Ausgangsleistungscharakteristik der Stapel 20a und 20b über ein mit der ECU 60 verbundenes Kabel an ein Informationsverarbeitungsgerät, wie einen außerhalb des Fahrzeugs 1 angeordneten Computer, übertragen werden.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform und den Variationen ist das Brennstoffzellensystem an einem Fahrzeug montiert, dieses ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann ein stationäres Brennstoffzellensystem verwendet werden. Ein Fahrzeug kann nicht nur ein Auto sein, sondern auch ein Zweiradfahrzeug, ein Schienenfahrzeug, ein Schiff, ein Flugzeug oder dergleichen. Zusätzlich kann das Fahrzeug 1 ein Hybridfahrzeug sein, das den Motor 54 und eine Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben zusammen verwendet.
  • Obwohl einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des beanspruchten Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung variiert oder geändert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2012160336 [0002]

Claims (12)

  1. Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b), welche erste und zweite Brennstoffzellen (20a, 20b) umfasst, die parallel miteinander verbunden sind; ein Zufuhrsystem (30a, 30b, 30c 44a, 44b), welches ein Reaktionsgas zu der Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b) führt; eine Erhaltungseinheit (60) für eine erforderliche Ausgangsleistung, welche derart konfiguriert ist, dass diese die erforderliche Ausgangsleistung für die Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b) erhält; eine Zuführsystemsteuerungseinheit (60), welche derart konfiguriert ist, dass diese das Zuführsystem so steuert, dass die Ausgangsleistung der Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b) der erforderlichen Ausgangsleistung entspricht; eine Bestimmungseinheit (60), welche derart konfiguriert ist, dass diese bestimmt, ob eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist oder nicht; und eine Leistungscharakteristikerhaltungseinheit (60), welche derart konfiguriert ist, dass diese die Ausgangsleistungscharakteristik der ersten Brennstoffzelle (20a) erhält, wobei die Zuführsystemsteuerungseinheit (60) derart konfiguriert ist, dass diese, wenn die vorbestimmte Bedingung als erfüllt bestimmt wird, eine erste Leistungserzeugungssteuerung ausführt, um das Zuführsystem so zu steuern, dass die Ausgangsleistung der ersten Brennstoffzelle (20a) zunimmt und die Ausgangsleistung der zweiten Brennstoffzelle (20b) abnimmt, im Vergleich dazu, wenn die vorbestimmte Bedingung als nicht erfüllt bestimmt wird, und die Leistungscharakteristikerhaltungseinheit (60) derart konfiguriert ist, dass diese die Ausgangsleistungscharakteristik der ersten Brennstoffzelle (20a) während der Ausführung der ersten Leistungserzeugungssteuerung erhält.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Bedingung eine Bedingung umfasst, dass eine Zunahmegeschwindigkeit der erforderlichen Ausgangsleistung niedriger als eine erste Schwelle (ß) ist.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vorbestimmte Bedingung eine Bedingung umfasst, dass eine Zunahmegeschwindigkeit eines Gaspedalöffnungsgrades eines Fahrzeugs (1, la), das mit einem Motor zum Antreiben des Fahrzeugs ausgestattet ist, der durch die Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b) betrieben wird, niedriger als eine zweite Schwelle (βa) ist.
  4. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die vorbestimmte Bedingung eine Bedingung umfasst, dass ein Gaspedalöffnungsgrad eines Fahrzeugs (1, la), das mit einem Motor zum Antreiben des Fahrzeugs (1, 1a) ausgestattet ist, der durch die Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b) betrieben wird, kleiner als eine dritte Schwelle (βb) ist.
  5. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die vorbestimmte Bedingung eine Bedingung umfasst, dass ein vorbestimmter Abschnitt von einer prognostizierten Route ausgeschlossen ist, auf der ein Fahrzeug (1, 1a) fahren soll, das mit einem Motor zum Antreiben des Fahrzeugs (1, 1a) ausgestattet ist, der durch die Brennstoffzelleneinheit (20a, 20b) betrieben wird, und der vorbestimmte Abschnitt eine Auffahrt einer Schnellstraße, eine Auffahrt einer Autobahn und einen Abschnitt, in dem ein Neigungswinkel einer Steigung einem vorbestimmten Wert oder mehr entspricht, und/oder einen Abschnitt, in dem eine Zunahmerate eines Neigungswinkels einer Steigung einem vorbestimmten Wert oder mehr entspricht, umfasst.
  6. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, ferner aufweisend eine Routenerhaltungseinheit (60), welche derart konfiguriert ist, dass diese die prognostizierte Route von einer Navigationsvorrichtung erhält, in der ein Ziel eingestellt ist.
  7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, ferner aufweisend eine Routenerhaltungseinheit (60), welche derart konfiguriert ist, dass diese die prognostizierte Route von einer Speichereinheit erhält, in der eine Route gespeichert ist, auf der das Fahrzeug (1, 1a) bereits gefahren ist.
  8. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die vorbestimmte Bedingung zumindest eine Bedingung aus einer Bedingung, dass die Ausgangsleistungscharakteristik der ersten Brennstoffzelle (20a) seit dem Start des Brennstoffzellensystems noch nicht erhalten wurde, einer Bedingung, dass eine kumulative Betriebszeit des Brennstoffzellensystems eine vorbestimmte Zeit überschritten hat, einer Bedingung, dass eine Fahrstrecke eines mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatteten Fahrzeugs (1, 1a) eine vorbestimmte Strecke überschritten hat, und einer Bedingung, dass die Zeit, die verstrichen ist, seit die Ausgangsleistungscharakteristik der ersten Brennstoffzelle (20a) zuletzt erhalten wurde, eine vorbestimmte Zeit überschreitet, umfasst.
  9. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die vorbestimmte Bedingung eine Bedingung umfasst, dass eine Temperatur der ersten Brennstoffzelle (20a) zu einem vorbestimmten Bereich gehört.
  10. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Leistungscharakteristikerhaltungseinheit (60) derart konfiguriert ist, dass diese die Ausgangsleistungscharakteristik der zweiten Brennstoffzelle (20b) erhält, die Zuführsystemsteuerungseinheit (60) derart konfiguriert ist, dass diese, wenn die vorbestimmte Bedingung als erfüllt bestimmt wird, nachdem die Leistungscharakteristikerhaltungseinheit (60) die Ausgangsleistungscharakteristik der ersten Brennstoffzelle (20a) erhält, eine zweite Leistungserzeugungssteuerung zum Steuern des Zuführsystems ausführt, so dass die Ausgangsleistung der zweiten Brennstoffzelle (20b) zunimmt und die Ausgangsleistung der ersten Brennstoffzelle (20a) abnimmt, im Vergleich dazu, wenn die vorbestimmte Bedingung als nicht erfüllt bestimmt wird, und die Leistungscharakteristikerhaltungseinheit (60) derart konfiguriert ist, dass diese die Ausgangsleistungscharakteristik der zweiten Brennstoffzelle (20b) während der Ausführung der zweiten Leistungserzeugungssteuerung erhält.
  11. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner aufweisend: eine Verlaufserhaltungseinheit (60), welche derart konfiguriert ist, dass diese einen Betriebsverlauf der ersten Brennstoffzelle (20a) erhält; und eine Übertragungseinheit (90), welche derart konfiguriert ist, dass diese den Betriebsverlauf und die Ausgangsleistungscharakteristik der ersten Brennstoffzelle (20a) an eine außerhalb des Brennstoffzellensystems angeordnete externe Speichervorrichtung (100) überträgt.
  12. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 10, ferner aufweisend: eine Verlaufserhaltungseinheit (60), welche derart konfiguriert ist, dass diese Betriebsverläufe der ersten und zweiten Brennstoffzellen (20a, 20b) erhält; und eine Übertragungseinheit (90), welche derart konfiguriert ist, dass diese die Betriebsverläufe der ersten und zweiten Brennstoffzellen (20a, 20b) und die Ausgangsleistungscharakteristik der ersten und zweiten Brennstoffzellen (20a, 20b) an eine außerhalb des Brennstoffzellensystems angeordnete externe Speichervorrichtung (100) überträgt.
DE102019117737.5A 2018-08-24 2019-07-01 Brennstoffzellensystem Active DE102019117737B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018157690A JP7127428B2 (ja) 2018-08-24 2018-08-24 燃料電池システム
JP2018-157690 2018-08-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102019117737A1 true DE102019117737A1 (de) 2020-02-27
DE102019117737B4 DE102019117737B4 (de) 2023-02-23

Family

ID=69412450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019117737.5A Active DE102019117737B4 (de) 2018-08-24 2019-07-01 Brennstoffzellensystem

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10930958B2 (de)
JP (1) JP7127428B2 (de)
CN (1) CN110896149B (de)
DE (1) DE102019117737B4 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115991099B (zh) * 2023-03-23 2023-06-02 成都壹为新能源汽车有限公司 一种基于状态控制的燃料电池系统功率控制方法及系统

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4094265B2 (ja) * 2001-09-25 2008-06-04 株式会社日立製作所 燃料電池発電装置とそれを用いた装置
JP3924180B2 (ja) 2002-02-20 2007-06-06 三菱重工業株式会社 燃料電池システム
JP2004178877A (ja) 2002-11-26 2004-06-24 Ebara Ballard Corp 燃料電池システム
US20060088743A1 (en) 2004-10-20 2006-04-27 Gallagher Emerson R Fuel cell system method and apparatus
US20080107933A1 (en) 2006-11-02 2008-05-08 Gallagher Emerson R Fuel cell hibernation mode method and apparatus
JP2008243728A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Toshiba Corp 電源回路装置
CN101527365B (zh) * 2008-03-07 2011-06-15 扬光绿能股份有限公司 燃料电池系统
JP2009259408A (ja) 2008-04-11 2009-11-05 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及びその運転制御方法、維持管理方法
DE102008022226A1 (de) 2008-05-06 2009-04-16 Daimler Ag Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs
JP2010055974A (ja) 2008-08-29 2010-03-11 Hitachi Computer Peripherals Co Ltd 燃料電池システム
JP5444789B2 (ja) 2009-03-31 2014-03-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池劣化判定装置
JP2012119114A (ja) 2010-11-30 2012-06-21 Panasonic Corp 燃料電池システム
JP2012160336A (ja) 2011-01-31 2012-08-23 Toshiba Corp 燃料電池システムとその運転方法
CN102779883B (zh) * 2012-05-30 2015-04-08 碧辟普瑞太阳能有限公司 一种基于电池片单元的太阳光伏能组件
JP6070415B2 (ja) 2013-05-28 2017-02-01 株式会社豊田自動織機 産業車両及び燃料電池を備えた産業車両における燃料電池の劣化診断方法
US10177392B2 (en) * 2013-10-03 2019-01-08 Hamilton Sundstrand Corporation Regulation of a fuel cell assembly
US9455461B2 (en) * 2014-02-14 2016-09-27 The Boeing Company System and method for fuel cell degradation management
DE102014013196A1 (de) 2014-09-06 2016-03-10 Daimler Ag Brennstoffzellenstapel aus mehreren Einzelzellen
WO2016047146A1 (ja) 2014-09-26 2016-03-31 京セラ株式会社 電力供給機器、電力供給システム、および電力供給方法
JP2016091625A (ja) 2014-10-30 2016-05-23 スズキ株式会社 燃料電池システム
JP6554906B2 (ja) 2015-05-20 2019-08-07 スズキ株式会社 燃料電池システム
EP3324472A4 (de) 2015-07-16 2018-06-27 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Brennstoffzellensystem und betriebsverfahren dafür
JP6579068B2 (ja) 2016-09-16 2019-09-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の出力性能診断装置、燃料電池の出力性能診断システム、燃料電池の出力性能診断方法、及び燃料電池の出力性能診断プログラム
CN108258268B (zh) * 2018-01-22 2020-05-08 清华大学 燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110896149A (zh) 2020-03-20
US10930958B2 (en) 2021-02-23
CN110896149B (zh) 2023-06-20
DE102019117737B4 (de) 2023-02-23
JP2020031525A (ja) 2020-02-27
US20200067118A1 (en) 2020-02-27
JP7127428B2 (ja) 2022-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3173284B1 (de) Verfahren zum betreiben einer brennstoffzelle
DE102018112480B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffzellensystems
EP2765019B1 (de) Verfahren und Anordnung zur Optimierung der motorischen Verfügbarkeit einer mittels Kühlkreislauf gekühlten Elektromobilitätskomponente
DE102006000346B4 (de) Maschinensteuerungsvorrichtung und Steuerungsverfahren
DE102013217274B4 (de) Antriebssteuerungsverfahren für ein Hybridfahrzeug
EP3391455B1 (de) Lebensdauersteuerung für energiespeicher
EP2898586B1 (de) Energiemanagement für kraftfahrzeug mit koppelspeichervorrichtung
DE102013223980A1 (de) Tourbezogene Energiemanagement-Steuerung
DE102009039374B4 (de) Vorausschauendes Wärmemanagement in einem Kraftfahrzeug
DE102011054457A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Reichweitenbestimmung eines Elektrofahrzeugs
DE102017130319A1 (de) Steuerung für ein Elektrofahrzeug und Elektrofahrzeug
DE102014100703B4 (de) Leistungsregelung einer Brennstoffzelle mittels Schätzung der Regelabweichung
DE102005024403A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Einsparen von Energie in einem Fahrzeug
DE102015226614A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, Steuerungseinheit für ein Antriebssystem und ein Antriebssystem
DE102013009279A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Hybridantriebsstrangs eines Fahrzeugs
DE102018131420A1 (de) Hybridelektrofahrzeug und fahrmodus-steuerverfahren für dasselbige
EP3095656B1 (de) Verfahren zur auswahl einer betriebsart eines hybridfahrzeugs
DE102014215536A1 (de) Bordnetzanordnung und Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes eines elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels mit einer Brennstoffzelle
DE102005061397A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs
DE102017219204A1 (de) Verfahren zum Laden eines Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb, Ladesteuerung und Ladestation
DE102014224380A1 (de) Verfahren zum prädiktiven Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit einem Brennstoffzellensystem
DE102020208580A1 (de) Antriebssteuerungssystem und antriebssteuerungsverfahren eines brennstoffzellenfahrzeugs
DE102015225296A1 (de) System und Verfahren zum Regeln der LDC-Spannung eines Hybridfahrzeugs
DE102019117737A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102019119622B4 (de) Brennstoffzellensystem

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R084 Declaration of willingness to licence
R020 Patent grant now final