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Diese nicht-provisorische Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr.
2019-231599 bzw. der
JP 2019-231 599 A , die am 23. Dezember 2019 beim japanischen Patentamt eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hiermit durch Verweis aufgenommen wird.
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HINTERGRUND
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Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Brennstoffzellenfahrzeug und ein Verfahren zu seiner Steuerung, insbesondere auf ein Brennstoffzellenfahrzeug mit darin montierter Brennstoffzelle und Stromspeicher, sowie ein Verfahren zur Steuerung desselben.
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Erläuterung des Stands der Technik
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Mit wachsendem Umweltbewusstsein in den letzten Jahren wird ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCV) entwickelt, wie z.B. in der
WO 2011/004 493 offenbart.
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Kurze Erläuterung
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Im Allgemeinen werden am Armaturenbrett eines Fahrzeugs verschiedene Informationen angezeigt. Beispielsweise werden bei benzinbetriebenen Fahrzeugen Informationen zur Kraftstoffeffizienz und bei Elektrofahrzeugen Informationen zur elektrischen Effizienz angezeigt. Insbesondere wird bei Brennstoffzellenfahrzeugen davon ausgegangen, dass die „momentane Kraftstoffeffizienz“ und die „momentane Effizienz der elektrischen Leistung“ bzw. kurz „momentane elektrische Effizienz“ am Armaturenbrett angezeigt werden. Ein Fahrer kann sich der Auswirkungen des Fahrzeugs auf die Umwelt bewusst sein, indem er während des Fahrens des Brennstoffzellenfahrzeugs die Anzeigen der momentanen Kraftstoffeffizienz und der momentanen elektrischen Effizienz sieht.
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Die „momentane Kraftstoffeffizienz“ bezieht sich auf eine Kraftstoffeffizienz während einer vorab festgelegten kurzen Zeit. Die kurze Zeit ist eine Zeitspanne, die ausreichend kurz ist, um den angezeigten Wert der Kraftstoffeffizienz von Zeit zu Zeit als Reaktion auf eine Fahrsituation (wie z.B. eine Gaspedalbetätigung) des Brennstoffzellenfahrzeugs zu ändern, z.B. etwa einige Sekunden. Die Kraftstoffeffizienz im Brennstoffzellenfahrzeug ist eine Fahrstrecke pro Gewichtseinheit eines Wasserstoffkraftstoffs und wird in [km/kg] angegeben. In ähnlicher Weise bezieht sich die „momentane elektrische Effizienz“ auf einen Wirkungsgrad bzw. eine Effizienz der elektrischen Energie während einer kurzen Zeit (etwa einige Sekunden). Der Wirkungsgrad der elektrischen Energie ist eine Fahrstrecke pro Einheit der elektrischen Energie und wird in [km/kWh] angegeben. Die Einheit der Effizienz der elektrischen Energie kann jedoch auch der Kehrwert der vorstehend genannten sein, also eine Menge an elektrischer Energie, die pro Einheit der zurückgelegten Strecke verbraucht wird [kWh/km].
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Bei Brennstoffzellenfahrzeugen gibt es mehrere Fahrmodi. Diese Fahrmodi können den „EV-Modus“ bzw. elektrischen Fahrmodus, den „FC-Modus“ bzw. Brennstoffzellen- („fuel cell“) -fahrmodus und den „FC-EV-Modus“ umfassen. Im EV-Modus wird die Stromerzeugung durch Brennstoffzellen gestoppt und der Motor mit elektrischer Energie aus einer Batterie betrieben. Im FC-Modus wird elektrische Energie hauptsächlich von einer Brennstoffzelle geliefert, d.h. eine elektrische Energie, die von der Brennstoffzelle an den Motor geliefert wird, ist größer als die elektrische Energie, die von der Batterie an den Motor geliefert wird. Im FC-EV-Modus wird eine elektrische Energie hauptsächlich von der Batterie geliefert, d.h. die von der Batterie an den Motor gelieferte elektrische Energie ist größer als die von der Brennstoffzelle an den Motor gelieferte elektrische Energie.
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Der Erfinder konzentriert sich auf die Tatsache, dass es abhängig von einem Fahrmodus des Brennstoffzellenfahrzeugs für den Fahrer schwierig ist, richtig zu verstehen, was mit der momentanen Kraftstoffeffizienz und/oder der momentanen elektrischen Effizienz gemeint ist, wenn die momentane Kraftstoffeffizienz und die momentane elektrische Effizienz am Armaturenbrett angezeigt werden. Es wird gewünscht, die Benutzerfreundlichkeit zu verbessern, indem für den Fahrer leicht verständliche Angaben gemacht werden.
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Die vorliegende Offenbarung dient zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe, und ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, die Benutzerfreundlichkeit hinsichtlich der Kraftstoffeffizienz und der elektrischen Effizienz im Brennstoffzellenfahrzeug zu verbessern.
- (1) Ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einem bestimmten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst Folgendes: einen Motor, der eine Antriebskraft für das Brennstoffzellenfahrzeug erzeugt; eine Brennstoffzelle, die dem Motor elektrischen Strom bereitstellt, der aus Wasserstoff als Kraftstoff erzeugt wird; eine Energie- bzw. Stromspeichervorrichtung, die dem Motor elektrischen Strom bereitstellt, der in der Stromspeichervorrichtung gespeichert ist; eine Anzeige; und eine Steuervorrichtung, die die Anzeige steuert. Das Brennstoffzellenfahrzeug weist einen ersten Fahrmodus und einen zweiten Fahrmodus auf. Im ersten Fahrmodus (EV-Modus) wird die Stromerzeugung durch die Brennstoffzelle gestoppt, und dem Motor wird elektrischer Strom aus der Stromspeichervorrichtung zugeführt. Im zweiten Fahrmodus (FC-Modus) ist ein elektrischer Strom, der von der Brennstoffzelle an den Motor geliefert wird, größer als ein elektrischer Strom, der von der Stromspeichervorrichtung an den Motor geliefert wird. Im ersten Fahrmodus steuert die Steuervorrichtung die Anzeige so, dass die Anzeige eine momentane elektrische Effizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs anzeigt und keine momentane Kraftstoffeffizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs anzeigt, und im zweiten Fahrmodus steuert die Steuervorrichtung die Anzeige so, dass die Anzeige die momentane Kraftstoffeffizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs anzeigt und die momentane elektrische Effizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs nicht anzeigt.
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Wenn die momentane Kraftstoffeffizienz im ersten Fahrmodus angezeigt wird, in dem die Stromerzeugung durch die Brennstoffzelle gestoppt ist, kann die momentane Kraftstoffeffizienz ein zu großer Wert sein, weil der Wasserstoff als Kraftstoff im ersten Fahrmodus nicht verbraucht wird. Wird dagegen im zweiten Fahrmodus, in dem die Brennstoffzelle die primäre Stromquelle ist, die momentane elektrische Effizienz angezeigt, kann die momentane elektrische Effizienz ein zu großer Wert sein, weil die im Stromspeicher gespeicherte elektrische Energie im zweiten Fahrmodus kaum verbraucht werden kann. Dementsprechend wird beim vorstehend in (1) beschriebenen Aufbau im ersten Fahrmodus nur die momentane elektrische Effizienz und im zweiten Fahrmodus nur die momentane Kraftstoffeffizienz auf dem Display angezeigt. Dadurch können Situationen vermieden werden, in denen im ersten Fahrmodus ein zu großer Wert als momentane Kraftstoffeffizienz und/oder im zweiten Fahrmodus ein zu großer Wert als momentane elektrische Effizienz angezeigt wird. Mit dem vorstehend in (1) erläuterten Aufbau kann so die Nutzbarkeit in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz und die elektrische Effizienz verbessert werden.
- (2) Das Brennstoffzellenfahrzeug weist darüber hinaus einen dritten Fahrmodus auf, in dem eine elektrische Energie bzw. ein elektrischer Strom, die bzw. der von der Stromspeichereinrichtung an den Motor geliefert wird, größer ist als ein elektrischer Strom, der von der Brennstoffzelle an den Motor geliefert wird. Im dritten Fahrmodus steuert die Steuervorrichtung das Display so, dass das Display die momentane elektrische Effizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs anzeigt und die momentane Kraftstoffeffizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs nicht anzeigt.
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Im dritten Fahrmodus ist ein elektrischer Strom, der von der Stromspeichervorrichtung an den Motor geliefert wird, größer als ein elektrischer Strom, der von der Brennstoffzelle an den Motor geliefert wird (der von der Stromspeichervorrichtung gelieferte elektrische Strom wird gegenüber dem von der Brennstoffzelle gelieferten elektrischen Strom bevorzugt verbraucht). Aus diesem Grund wird im dritten Fahrmodus nur die momentane elektrische Effizienz auf dem Display angezeigt. Dadurch kann eine Situation vermieden werden, in der im dritten Fahrmodus ein zu großer Wert als momentane Kraftstoffeffizienz angezeigt wird. Dementsprechend kann gemäß dem vorstehend in (2) beschriebenen Aufbau die Nutzbarkeit in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz und die elektrische Effizienz verbessert werden.
- (3) Das Brennstoffzellenfahrzeug weist außerdem einen dritten Fahrmodus (FC-EV-Modus) auf, in dem ein elektrischer Strom, der von der Stromspeichereinrichtung an den Motor geliefert wird, größer ist als ein elektrischer Strom, der von der Brennstoffzelle an den Motor geliefert wird. Im dritten Fahrmodus steuert die Steuervorrichtung das Display so, dass das Display sowohl die momentane Kraftstoffeffizienz als auch die momentane Effizienz der elektrischen Energie des Brennstoffzellenfahrzeugs anzeigt.
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Ein typisches Brennstoffzellenfahrzeug umfasst eine Stromspeichervorrichtung, deren Kapazität deutlich geringer ist (z.B. ein Bruchteil bis zu einigen Zehntel) als die Menge an elektrischer Leistung, die von der Brennstoffzelle erzeugbar ist. Daher ist es wahrscheinlich, dass eine Situation eintritt, in der der elektrische Strom von der Brennstoffzelle in einem gewissen Umfang verbraucht wird. Dementsprechend können neben der momentanen elektrischen Effizienz der Brennstoffzelle auch die Angaben zur momentanen Kraftstoffeffizienz angezeigt werden, die zum Verbrauch der elektrischen Leistung der Brennstoffzelle passen. Auf diese Weise kann der Fahrer gemäß dem in (3) beschriebenen Aufbau nicht nur die momentane elektrische Effizienz, sondern auch die momentane Kraftstoffeffizienz kennen, wodurch die Auswirkungen des Fahrzeugs auf die Umwelt stärker ins Bewusstsein des Fahrers gelangen.
- (4) Die Steuervorrichtung steuert die Anzeige so, dass die Anzeige eine Gesamtfahrstrecke anzeigt, die das Brennstoffzellenfahrzeug mit einer von der Brennstoffzelle erzeugbaren elektrischen Energie und der im Stromspeicher gespeicherten elektrischen Energie fahren kann.
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Gemäß dem vorstehend in (4) beschriebenen Aufbau kann der Fahrer die Gesamtfahrstrecke (die maximale verbleibende Fahrstrecke) erfassen, nach der die gesamte elektrische Energie verbraucht ist. Auf diese Weise kann der Fahrer ohne weiteres einen geeigneten Zeitpunkt bestimmen, um beispielsweise das Fahrzeug mit Wasserstoff zu betanken oder den Stromspeicher aufzuladen.
- (5) Bei einem Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffzellenfahrzeugs nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist das Brennstoffzellenfahrzeug einen ersten Fahrmodus und einen zweiten Fahrmodus auf. Im ersten Fahrmodus wird die Stromerzeugung durch eine Brennstoffzelle gestoppt und ein Motor mit elektrischem Strom aus einem Stromspeicher versorgt. Im zweiten Fahrmodus ist ein elektrischer Strom, der von der Brennstoffzelle an den Motor abgegeben wird, größer als ein elektrischer Strom, der von der Stromspeichervorrichtung an den Motor abgegeben wird. Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt und einen zweiten Schritt. Im ersten Schritt wird eine momentane elektrische Effizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs auf einem Display angezeigt und eine momentane Kraftstoffeffizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs wird nicht auf dem Display angezeigt, während das Brennstoffzellenfahrzeug im ersten Fahrmodus fährt. Im zweiten Schritt wird die momentane Kraftstoffeffizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs auf dem Display angezeigt und die momentane elektrische Effizienz des Brennstoffzellenfahrzeugs wird nicht auf dem Display angezeigt, während das Brennstoffzellenfahrzeug im zweiten Fahrmodus fährt.
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Gemäß dem vorstehend in (5) beschriebenen Aufbau kann, wie auch beim unter (1) beschriebenen Aufbau, die Nutzbarkeit in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz und die elektrische Effizienz verbessert werden.
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Die vorstehend genannten und andere Objekte, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Schaltplan, der schematisch einen Gesamtaufbau eines Fahrzeugs nach einer Ausführungsform zeigt.
- 2 ist ein Schaubild, das einen beispielhaften Aufbau eines Displays zeigt.
- 3 ist ein Schaubild zur Veranschaulichung der Fahrmodi des Fahrzeugs.
- 4 ist ein Ablaufplan, der eine Anzeigesteuerung für ein Multi-Informations-Display entsprechend der Ausführungsform zeigt.
- 5 ist ein Schaubild zur Veranschaulichung eines beispielhaften Anzeigeinhalts des Multi-Informations-Displays in einem EV-Modus.
- 6 ist ein Schaubild zur Veranschaulichung eines beispielhaften Anzeigeinhalts des Multi-Informations-Displays in einem FC-Modus.
- 7 ist ein Schaubild zur Veranschaulichung eines beispielhaften Anzeigeinhalts des Multi-Informations-Displays in einem FC-EV-Modus.
- 8 ist ein Ablaufplan, der eine Variation der Anzeigesteuerung des Multi-Informations-Displays zeigt.
- 9 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel für den Anzeigeinhalt des Multi-Informations-Displays im FC-EV-Modus zeigt.
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ERLÄUTERUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend wird die vorliegende Ausführungsform anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Man bemerke, dass gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche oder entsprechende Teile zu bezeichnen, und die Erläuterung nicht wiederholt wird.
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[Ausführungsform]
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<Gesamtaufbau des Fahrzeugs>
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1 ist ein Schaltplan, der schematisch eine Gesamtkonfiguration eines Fahrzeugs nach der ersten Ausführungsform zeigt. Gemäß 1 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Fahrzeug 1 ein Brennstoffzellenfahrzeug. Fahrzeug 1 ist auch in der Lage, extern mit einer von außerhalb des Fahrzeugs 1 zugeführten elektrischen Energie geladen zu werden (sog. Plug-in-Laden). Anders gesagt ist das Fahrzeug 1 ein Plug-in-Brennstoffzellenfahrzeug (PFCV). Es ist jedoch nicht erforderlich, dass das Fahrzeug 1 zum Plug-in-Laden befähigt ist.
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Das Fahrzeug 1 umfasst einen Wasserstofftank 11, eine Brennstoffzelle (FC-, fuel cell, Stapel) 12, ein Relais 13, einen Aufwärtswandler 14, einen Gleichstromeingang (DC-, direct current, Eingang) 21, einen Wechselstromeingang (AC-, alternate current, Eingang) 22, Laderelais 23, 24, eine Ladevorrichtung 25, ein Systemhauptrelais (SMR, system main relay) 31, eine Batterie 32, einen Spannungssensor 33, einen Stromsensor 34, eine Leistungssteuereinheit (PCU, power control unit) 4, einen Motorgenerator 5, Antriebsräder 6, ein Display bzw. eine Anzeige 7, einen Moduswahlschalter 8, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 9, eine elektronische Steuereinheit (ECU, electronic control unit) 100 und eine Stromleitung (PL, power line).
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Der Wasserstofftank 11 speichert Wasserstoff. Obwohl dies nicht gezeigt ist, weist das Fahrzeug 1 außerdem einen Versorgungseingang bzw. Tankstutzen auf, der Wasserstoff von einer Wasserstofftankstelle aufnehmen kann.
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Der FC-Stapel 12 ist ein Aufbau, in dem mehrere (z.B. mehrere zehn bis mehrere hundert) FC-Zellen in Reihe geschaltet sind. Einem Steuerbefehl der ECU 100 folgend verbraucht der FC-Stapel 12 den im Wasserstofftank 11 gespeicherten Wasserstoff zur Erzeugung elektrischer Energie bzw. elektrischen Stroms. Genauer gesagt wird der im Wasserstofftank 11 gespeicherte Wasserstoff mit einer (nicht gezeigten) Wasserstoffpumpe zur Anodenseite des FC-Stapels 12 befördert. Umgekehrt wird Luft von einer (nicht gezeigten) Luftpumpe zur Kathodenseite des FC-Stapels 12 befördert. Auf diese Weise bewirkt der FC-Stapel 12, dass der Wasserstoff und der Sauerstoff der Luft elektrochemisch reagieren und dadurch elektrischer Strom erzeugt wird.
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Das Relais 13 ist elektrisch zwischen den FC-Stapel 12 und den Aufwärtswandler bzw. Boost-Konverter 14 geschaltet. Das Relais 13 wird entsprechend einem Steuerbefehl von der ECU 100 geöffnet/geschlossen.
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Gemäß einem Steuerbefehl von der ECU 100 erhöht der Aufwärtswandler 14 die Spannung des vom FC-Stapel 12 erzeugten elektrischen Stroms und liefert die erhöhte elektrische Leistung an die Stromleitung PL.
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Der DC-Eingang 21 und der AC-Eingang 22 sind jeweils in der Lage, einen (nicht gezeigten) Stecker eines Ladekabels aufzunehmen, das von einem Ladegerät, wie z.B. einer Ladestation, ausgeht. Der DC-Eingang 21 ist ein Ladeeingang für das so genannte Schnellladen, der einen Hochspannungs-Gleichstrom von einer Ladestation erhält. Der Gleichstromeingang 21 ist über das Relais 13 elektrisch mit der Stromleitung PL verbunden. Der Wechselstromeingang 22 ist ein Ladeeingang für das so genannte Normalladen, der einen von einer Ladestation gelieferten Wechselstrom erhält. Der Wechselstromeingang 22 ist über das Laderelais 24 elektrisch mit der Ladevorrichtung 25 verbunden. Die Laderelais 23, 24 werden einem Steuerbefehl der ECU 100 folgend geöffnet/geschlossen. Man bemerke, dass das Fahrzeug 1 für das Plug-in-Laden nicht sowohl über einen Gleichstromeingang 21 als auch über einen Wechselstromeingang 22 verfügen muss und nur entweder den Gleichstromeingang 21 oder den Wechselstromeingang 22 aufweisen kann.
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Die Ladevorrichtung 25 umfasst einen Wechselrichter und einen Aufwärtswandler, die beide nicht gezeigt sind. Gemäß einem Steuerbefehl von ECU 100 wandelt der Wechselrichter den über den AC-Eingang 22 von der Ladeeinrichtung gelieferten AC-Strom in einen DC-Strom um und gibt den DC-Strom an den Aufwärtswandler aus. Entsprechend einem Steuerbefehl von der ECU 100 erhöht der Aufwärtswandler die Spannung des vom Inverter abgegebenen Gleichstroms und gibt die erhöhte Gleichstromleistung an die Stromleitung PL aus.
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Das SMR 31 ist elektrisch zwischen der Stromleitung PL und der Batterie 32 angeschlossen. Nach einem Steuerbefehl von der Steuervorrichtung 100 verbindet das SMR 31 beispielsweise die Batterie 32 elektrisch mit der Stromleitung PL oder trennt die Batterie 32 elektrisch von der Stromleitung PL.
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Die Batterie 32 ist über das SMR 31 elektrisch mit der Stromleitung PL verbunden. Die Batterie 32 umfasst ein Batteriepaket, das aus mehreren Zellen besteht (z.B. etwa 200 Zellen). Jede der im Batteriesatz enthaltenen Zellen ist eine Sekundärbatterie, wie z.B. eine Lithium-Ionen-Batterie oder eine Nickel-Wasserstoff-Batterie. Die Batterie 32 versorgt z.B. die PCU 4 mit elektrischer Energie zum Erzeugen einer Antriebskraft für das Fahrzeug 1, oder speichert eine von der PCU 4 regenerierte bzw. rekuperierte Energie. Man bemerke, dass anstelle der Batterie 32 ein Kondensator, wie z.B. ein elektrischer Doppelschichtkondensator, genutzt werden kann. Man bemerke, dass die Batterie 32 ein Beispiel für eine „Stromspeichervorrichtung“ gemäß der vorliegenden Offenbarung ist.
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Der Spannungssensor 33 erfasst eine Spannung VB der Batterie 32. Der Stromsensor 34 erfasst einen Strom IB, der in die Batterie 32 ein- oder von ihr abgegeben wird. Jeder Sensor gibt ein Ergebnis der Erfassung an die ECU 100 aus.
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Die PCU 4 umfasst einen nicht gezeigten Wechselrichter bzw. Inverter. Die PCU 4 kann zusätzlich zum Inverter einen bidirektionalen DC/DC-Wandler enthalten. Einem Steuerbefehl der ECU 100 folgend wandelt die PCU 4 den Gleichstrom, der über die Stromleitung PL übertragen wird, in einen Wechselstrom um und gibt den Wechselstrom an den Motorgenerator 5 aus.
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Der Motorgenerator 5 ist ein drehender elektrischer Wechselstrommotor, z.B. ein Dreiphasen-Wechselstrom-Synchronmotor, der einen Rotor mit darin eingebetteten Permanentmagneten enthält. Der Motorgenerator 5 arbeitet mit dem von der PCU 4 bereitgestellten Wechselstrom und treibt Antriebsräder 6 an.
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Einem Steuerbefehl der ECU 100 folgend zeigt Display 7 verschiedene Informationen über das Fahrzeug 1 an. Das Display 7 wird anhand von 2 beschrieben.
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Der Moduswahlschalter 8 dient zur Nutzung verschiedener Quellen zur Versorgung des Motorgenerators 5 mit elektrischer Energie. Der Moduswahlschalter 8 empfängt die Betätigung eines Fahrers zum Umschalten zwischen den Fahrmodi und gibt an die ECU 100 ein Signal aus, das einen vom Fahrer gewählten Fahrmodus anzeigt, in den umgeschaltet werden soll. Einzelheiten zu den Fahrmodi werden anhand von 3 beschrieben.
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Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 9 berechnet die Fahrgeschwindigkeit (eine Fahrzeuggeschwindigkeit V) des Fahrzeugs 1. Insbesondere kann der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 9 die Fahrzeuggeschwindigkeit V aus einer Fahrstrecke pro vorbestimmter Zeitperiode berechnen, die man durch Multiplikation der Drehzahl der Räder, wie z.B. der Antriebsräder 6, mit einem Koeffizienten (wie z.B. dem Radumfang) erhält.
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Die ECU 100 umfasst einen Prozessor, wie z.B. eine Zentralprozessoreinheit (CPU), einen Speicher, wie z.B. einen Festwertspeicher bzw. Nur-Lese-Speicher (ROM) und einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), und Ein-/Ausgangsanschlüsse (nichts davon ist gezeigt). Als Reaktion auf Signale von Sensoren gibt die ECU 100 verschiedene Steuerbefehle aus, um die Geräte so zu steuern, dass das Fahrzeug 1 in einen gewünschten Zustand gebracht wird. Die ECU 100 kann in mehrere Funktionseinheiten unterteilt sein.
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<Display>
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2 ist ein Schaubild, das einen beispielhaften Aufbau des Displays 7 veranschaulicht. Mit Bezug auf 2 enthält das Fahrzeug 1 als Display 7 ein Multi-Informations-Display (MID) 71, ein Head-Up-Display (HUD) 72 und einen Navigationsbildschirm 73.
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Das MID 71 ist im oberen Teil der Instrumententafel und in der Nähe der Windschutzscheibe angeordnet. Das MID 71 ist so aufgebaut, dass es die Informationen über Fahrzeug 1 anzeigt (z.B. den Ladezustand (SOC) der Batterie 32, die Fahrzeuggeschwindigkeit V, die Fahrstrecke, die Außenlufttemperatur, die Kraftstoffeffizienz, die Effizienz der elektrischen Leistung usw.).
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Das HUD 72 projiziert verschiedene Informationen als virtuelles Bild ins Sichtfeld des Fahrers (vor den Fahrer). Das HUD 72 zeigt auch die Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 1, die Fahrtrichtung zum Zielort, Verkehrszeichen usw. an.
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Der Navigationsbildschirm 73 ist ein Display eines (nicht gezeigten) Navigationssystems, das in der Instrumententafel angeordnet ist. Das Navigationssystem umfasst einen Empfänger für GPS (Global Positioning System) zur Ortung des Fahrzeugs 1 basierend auf Radiowellen von einem künstlichen Satelliten. Das Navigationssystem zeigt auf dem Navigationsbildschirm 73 basierend auf dem GPS, den Informationen von Fahrzeug 1 und Straßenkartendaten, die in einem (nicht gezeigten) Speicher gespeichert sind, die aktuelle Position des Fahrzeugs 1 und eine empfohlene Route zum Zielort des Fahrzeugs 1 an.
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<Fahrmodus>
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3 ist ein Schaubild zur Veranschaulichung der Fahrmodi des Fahrzeugs 1. Mit Bezug auf 3 verfügt Fahrzeug 1 über drei Fahrmodi, die als „EV-Modus“, „FC-Modus“ und „FC-EV-Modus“ bezeichnet werden. Man bemerke, dass die Fahrmodi entweder von einem Modus in einen anderen gewechselt werden können, wenn der Fahrer den Moduswahlschalter 8 betätigt, oder als Reaktion auf eine Fahrsituation (z.B. den SOC der Batterie 32) des Fahrzeugs 1 (automatische Umschaltung).
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Im EV-Modus wird elektrische Energie bzw. elektrischer Strom von der Batterie 32 an den Motorgenerator 5 geliefert. Im EV-Modus wird die Stromerzeugung durch den FC-Stapel 12 gestoppt. Der EV-Modus entspricht einem „ersten Fahrmodus“ der vorliegenden Offenbarung.
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Im FC-Modus ist der FC-Stapel 12 die Primärquelle für die Versorgung des Motorgenerators 5 mit elektrischer Energie. Anders gesagt ist im FC-Modus eine elektrische Leistung, die vom FC-Stapel 12 an den Motorgenerator 5 geliefert wird, größer als eine von der Batterie 32 an den Motorgenerator 5 gelieferte elektrische Leistung. Der FC-Modus entspricht einem „zweiten Fahrmodus“ der vorliegenden Offenbarung.
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Im FC-EV-Modus ist die Batterie 32 die Primärquelle für die Versorgung des Motorgenerators 5 mit elektrischer Leistung. Anders gesagt ist im FC-EV-Modus eine elektrische Leistung, die von der Batterie 32 an den Motorgenerator 5 abgegeben wird, größer als eine elektrische Leistung, die vom FC-Stapel 12 an den Motorgenerator 5 abgegeben wird. Der FC-EV-Modus entspricht einem „dritten Fahrmodus“ der vorliegenden Offenbarung.
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Man bemerke, dass das Fahrzeug 1 zusätzlich über einen Lademodus (der „CHG-Modus“ genannt wird) verfügen kann. Im CHG-Modus wird, wenn die in der Batterie 32 gespeicherte elektrische Energie erschöpft ist (z.B. wenn die in der Batterie 32 gespeicherte elektrische Energie unter die Untergrenze eines gegebenen Bereichs sinkt), während des Anhaltens des Fahrzeugs 1 elektrische Energie vom FC-Stapel 12 erzeugt und die erzeugte elektrische Energie in die Batterie 32 geladen.
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<Angaben zur Kraftstoffeffizienz und elektrischen Effizienz>
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Es ist vorgesehen, dass sowohl die momentane Kraftstoffeffizienz als auch die momentane elektrische Effizienz des Fahrzeugs 1 auf dem MID 71 angezeigt werden. Der Fahrer kann sich der Auswirkungen des Fahrzeugs auf die Umwelt bewusst sein, indem er während der Fahrt des Fahrzeugs 1 die Anzeigen der momentanen Kraftstoffeffizienz und der momentanen elektrischen Effizienz im Blick hat. Darüber hinaus kann der Fahrer durch die Rückmeldung, ob seine Fahrweise eine große Auswirkung auf die Umwelt hat, die Fahrtechnik (Eco-Drive) verbessern, was die Auswirkungen auf die Umwelt verringern kann.
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Der Erfinder konzentriert sich auf die Tatsache, dass es für den Fahrer schwierig ist, abhängig von einem Fahrmodus des Brennstoffzellenfahrzeugs richtig zu verstehen, was mit der momentanen Kraftstoffeffizienz und/oder der momentanen elektrischen Effizienz gemeint ist, wenn die momentane Kraftstoffeffizienz und die momentane elektrische Effizienz auf dem MID 71 angezeigt werden. Insbesondere kann die momentane Kraftstoffeffizienz ein zu großer Wert sein, wenn die momentane Kraftstoffeffizienz im EV-Modus angezeigt wird, da die Stromerzeugung durch den FC-Stapel 12 im EV-Modus gestoppt wird und der Wasserstoff als Kraftstoff nicht verbraucht wird. Anders ausgedrückt kann die momentane Kraftstoffeffizienz als fester Wert so angezeigt werden, als ob sie an der oberen Grenze des Indikators für die momentane Kraftstoffeffizienz (z.B. 99,9 [km/kg]) hängen bliebe.
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Weil im FC-Modus der FC-Stapel 12 die primäre Quelle für die Stromversorgung des Motorgenerators 5 ist, wird im FC-Modus nur selten elektrische Energie von der Batterie 32 an den Motorgenerator 5 geliefert. Aus diesem Grund ist bei der Anzeige des momentanen Wirkungsgrades der elektrischen Energie im FC-Modus die momentane elektrische Effizienz ein zu großer Wert, und die momentane elektrische Effizienz kann z.B. so angezeigt werden, als bliebe sie an der oberen Grenze des Indikators für die momentane elektrische Effizienz (z.B. 99,9 [km/kWh]) hängen.
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Aus diesem Grund wird in der vorliegenden Ausführungsform die Anzeige abhängig von einem Fahrmodus des Fahrzeugs 1 zwischen der momentanen Kraftstoffeffizienz und der momentanen elektrischen Effizienz umgeschaltet. Im EV-Modus wird die momentane elektrische Effizienz auf dem MID 71 angezeigt, und die momentane Kraftstoffeffizienz wird nicht angezeigt. Im FC-Modus wird die momentane Kraftstoffeffizienz auf der MID 71 angezeigt, und die momentane elektrische Effizienz wird nicht angezeigt. Dadurch wird verhindert, dass der Fahrer durch einen zu großen Wert bei der Anzeige der momentanen Kraftstoffeffizienz oder der momentanen elektrischen Effizienz verwirrt wird. Dementsprechend verbessert sich die Benutzerfreundlichkeit der Kraftstoffeffizienz und der elektrischen Effizienz.
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Man bemerke, dass die vorliegende Ausführungsform in Bezug auf die Anzeige der momentanen Kraftstoffeffizienz und/oder der momentanen elektrischen Effizienz im MID 71 beschrieben wird. Die momentane Kraftstoffeffizienz und/oder die momentane elektrische Effizienz können jedoch auf einer anderen Einrichtung (dem HUD 72 oder dem Navigationsbildschirm 73) angezeigt werden, die in der Anzeige 7 enthalten ist.
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<Steuerverfahren>
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4 ist ein Ablaufplan, der eine Anzeigesteuerung für das MID 71 in der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die in den nachstehend beschriebenen 4 und 8 dargestellten Ablaufpläne werden z.B. bei jedem Abschluss eines vorgegebenen Zyklus durchgeführt. Jeder der in diesen Ablaufplänen enthaltenen Schritte wird im Wesentlichen durch Verarbeitung von Software in der ECU 100 implementiert, kann aber auch durch dedizierte Hardware (eine elektrische Schaltung) implementiert werden, die innerhalb der ECU 100 eingerichtet ist. Nachstehend werden Schritte mit „S“ abgekürzt.
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In S11 berechnet die ECU 100 die momentane Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs 1. Die ECU 100 kann die momentane Kraftstoffeffizienz aus einer vom Fahrzeug 1 pro vorbestimmter Zeitspanne (z.B. einige Sekunden) zurückgelegten Strecke, die vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 9 erhalten wird, und einer pro vorbestimmter Zeitspanne verbrauchten Wasserstoffmenge berechnen, die man von einem (nicht gezeigten) für den FC-Stapel vorgesehenen Sensor erhält.
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In S12 berechnet die ECU 100 die momentane elektrische Effizienz des Fahrzeugs 1. Die ECU 100 kann die momentane elektrische Effizienz aus der vom Fahrzeug 1 pro vorbestimmter Zeitspanne zurückgelegten Strecke, die vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 9 erhalten wird, und einer pro vorbestimmter Zeitspanne verbrauchten elektrischen Energiemenge berechnen, die vom für die Batterie 32 vorgesehenen Spannungssensor 33 und Stromsensor 34 erhalten wird.
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In S13 bestimmt die ECU 100 den aktuellen Fahrmodus des Fahrzeugs 1. Befindet sich das Fahrzeug 1 im EV-Modus („EV-Modus“ in S13), geht die ECU 100 im Ablauf zu S14 weiter und zeigt auf der MID 71 die in S12 berechnete momentane elektrische Effizienz an.
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5 ist ein Schaubild, das einen beispielhaften Anzeigeinhalt des MID 71 im EV-Modus veranschaulicht. Anhand von 5 werden der SOC der Batterie 32 und der restliche Kraftstoff im Wasserstofftank 11 (im oberen Teil der 5) auf dem MID 71 gezeigt. Außerdem wird, wie in 5 unten links dargestellt, die momentane elektrische Effizienz des Fahrzeugs 1 (in diesem Beispiel 10,5 [km/kWh]) auf dem MID 71 angezeigt. Dagegen wird die momentane Kraftstoffeffizienz nicht auf dem MID 71 angezeigt.
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Man bemerke, dass der Anzeigemodus der momentanen elektrischen Effizienz nicht auf den in 5 dargestellten Anzeigemodus beschränkt ist. Beispielsweise kann die Anzeige des Messgeräts vorgesehen sein, bei der die momentane elektrische Effizienz durch die vom Zeiger eines analogen Zifferblatts angezeigte Position dargestellt wird, oder es kann eine Segmentanzeige vorgesehen werden, bei der die momentane elektrische Effizienz durch die Anzahl der Segmente dargestellt wird, die sich stufenweise ändert. Darüber hinaus ist der Modus, in dem die momentane Kraftstoffeffizienz ausgeblendet ist, nicht auf die Anzeige mit horizontaler Linie (Balken) beschränkt, wie in 5 dargestellt. Beispielsweise kann der numerische Wert der momentanen Kraftstoffeffizienz ausgeblendet werden, oder die momentane Kraftstoffeffizienz kann inklusive des numerischen Wertes und der Einheit vollständig ausgeblendet werden. Alternativ kann eine (sogenannte ausgegraute) Anzeige verwendet werden, bei der die Anzeige der momentanen Kraftstoffeffizienz durch Verringerung der Helligkeit oder Verdunkelung des Farbtons unkenntlich gemacht wird. Das Ausgrauen ist in „nicht angezeigt“ ebenfalls eingeschlossen.
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Zurück zu 4 geht die ECU 100 in diesem Ablauf zu S15 weiter und zeigt auf MID 71 die in S11 berechnete momentane Kraftstoffeffizienz an, wenn sich das Fahrzeug 1 im FC-Modus („FC-Modus“ in S13) befindet. Währenddessen wird die momentane elektrische Effizienz auf dem MID 71 nicht angezeigt.
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6 ist ein Schaubild, das einen beispielhaften Anzeigeinhalt des MID 71 im FC-Modus veranschaulicht. Mit Bezug auf 6 wird die momentane Kraftstoffeffizienz (in diesem Beispiel 5,3 [km/kg]) von Fahrzeug 1 auf dem MID 71 angezeigt, und die momentane Effizienz der elektrischen Leistung wird nicht angezeigt. Als der Anzeigemodus für die momentane Kraftstoffeffizienz und der Ausblendemodus für die momentane elektrische Effizienz können verschiedene Modi verwendet werden, die ähnlich den in Bezug auf 5 beschriebenen sind.
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Wenn sich das Fahrzeug 1 im FC-EV-Modus („FC-EV-Modus“ in S13) befindet, geht die ECU 100 im wieder in 4 gezeigten Ablauf zu S16 weiter und zeigt auf der MID 71 die in S12 berechnete momentane elektrische Effizienz an. Währenddessen wird die momentane Kraftstoffeffizienz nicht auf dem MID 71 angezeigt.
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7 ist ein Schaubild, das beispielhaft den Anzeigeinhalt des MID 71 im FC-EV-Modus veranschaulicht. Anhand von 7 wird die momentane elektrische Effizienz (z.B. 10,5 [km/kWh]) des Fahrzeugs 1 auf dem MID 71 gezeigt, und die momentane Kraftstoffeffizienz wird nicht gezeigt. Man bemerke, dass die gezeigten Werte der momentanen Kraftstoffeffizienz und/oder der momentanen elektrischen Effizienz in S14 bis S16 jeweils bis zur nächsten Aktualisierung (bis zum Beginn des nächsten Zyklus) gleich bleiben.
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Endet einer der Abläufe in S14 bis S16, berechnet die ECU 100, wie erneut in 4 gezeigt, die gesamte verbleibende Fahrstrecke bzw. Reichweite des Fahrzeugs 1 und zeigt den berechneten Wert auf dem MID 71 an (S17). Die verbleibende Reichweite des Fahrzeugs 1 kann z.B. als Summe einer Strecke D1 und einer Strecke D2 (D1+D2) berechnet werden, wobei sich die Strecke D1 auf eine Strecke bezieht, die das Fahrzeug 1 mit dem im Wasserstofftank 11 verbliebenen Wasserstoff als Kraftstoff zurücklegen kann, und die Strecke D2 auf eine Strecke, die das Fahrzeug 1 mit der in der Batterie 32 verbliebenen elektrischen Energie zurücklegen kann. Man beachte, dass die Entfernung D1 aus dem Füllstand des Wasserstoffs als Kraftstoff und einer durchschnittlichen Kraftstoffeffizienz von Fahrzeug 1 (die ihr spezifizierter Wert oder ihr tatsächlicher Wert sein kann) berechnet werden kann. In ähnlicher Weise kann die Entfernung D2 auch aus der in der Batterie 32 verbleibenden elektrischen Energie und einer durchschnittlichen elektrischen Effizienz des Fahrzeugs 1 berechnet werden. Wenn S17 endet, kehrt der Ablauf zum Hauptprogramm zurück, und die Abfolge der Schritte wird jedes Mal wiederholt, wenn ein Zyklus beginnt.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, wird in der vorliegenden Ausführungsform im EV-Modus, in dem die Stromerzeugung durch den FC-Stapel 12 gestoppt ist, nur die momentane elektrische Effizienz angezeigt, und die momentane Kraftstoffeffizienz wird nicht angezeigt. Dadurch wird die Anzeige der momentanen Kraftstoffeffizienz so, als würde die momentane Kraftstoffeffizienz an der oberen Grenze hängen bleiben, im EV-Modus vermieden. Darüber hinaus wird im FC-Modus, in dem der FC-Stapel 12 die primäre Stromversorgungsquelle für den Motorgenerator 5 ist, nur die momentane Kraftstoffeffizienz und nicht die momentane elektrische Effizienz angezeigt. Dadurch wird die Anzeige der momentanen elektrischen Effizienz so, als ob die momentane elektrische Effizienz an der Obergrenze hängen bliebe, im FC-Modus vermieden. Außerdem wird im FC-EV-Modus, in dem die Batterie 32 die primäre Stromversorgungsquelle für den Motorgenerator 5 ist, nur die momentane elektrische Effizienz angezeigt, und die momentane elektrische Effizienz wird nicht angezeigt. Dadurch wird die Anzeige der momentanen Kraftstoffeffizienz so, als würde die momentane Kraftstoffeffizienz an der Obergrenze hängen bleiben, im FC-EV-Modus vermieden. Nach der derzeitigen Ausführungsform können somit Anzeigen vermieden werden, die den Fahrer verwirren könnten, wodurch die Nutzbarkeit hinsichtlich der Kraftstoffeffizienz und der elektrischen Effizienz verbessert wird.
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[Variation]
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8 ist ein Ablaufplan, der eine Anzeigesteuerung für das MID 71 nach einer Variation der Ausführungsform zeigt. Mit Bezug auf 8 ist der Ablaufplan derselbe wie der Ablaufplan gemäß der Ausführungsform (siehe 4), mit Ausnahme des Austauschs von S16 durch S26. Da die anderen Abläufe den entsprechenden Abläufen gemäß der Ausführungsform entsprechen, werden deren Beschreibungen hier nicht wiederholt.
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Wenn sich das Fahrzeug 1 im FC-EV-Modus („FC-EV-Modus“ in S23) befindet, geht die ECU 100 im Ablauf zu S26 weiter. In S26 zeigt die ECU 100 auf dem MID 71 sowohl die in S21 berechnete momentane Kraftstoffeffizienz als auch die in S22 berechnete momentane elektrische Effizienz an.
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9 ist ein Schaubild, das ein anderes Beispiel für Anzeigeinhalte der MID 71 im FC-EV-Modus veranschaulicht. Anhand von 9 werden gemäß der Variation sowohl die momentane Kraftstoffeffizienz (z.B. 5,3 [km/kg]) als auch die momentane elektrische Effizienz (z.B. 10,5 [km/kWh]) von Fahrzeug 1 auf der MID 71 angezeigt.
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Wie vorstehend hinsichtlich der Variation beschrieben, wird im FC-EV-Modus zusätzlich zur momentanen elektrischen Effizienz auch die momentane Kraftstoffeffizienz auf dem MID 71 angezeigt. Ein typisches Brennstoffzellenfahrzeug hat eine Batterie, deren Kapazität deutlich geringer ist (z.B. ein Bruchteil bis zu mehreren Zehnteln) als die Menge an elektrischer Energie, die von einer Brennstoffzelle (dem FC-Stapel) erzeugbar ist. Dementsprechend ist es wahrscheinlich, dass eine Situation auftritt, in der die vom FC-Stapel 12 erzeugte elektrische Leistung in einem gewissen Grad vom Motorgenerator 5 verbraucht wird. Indem dem Fahrer zusätzlich zur momentanen elektrischen Effizienz auch die momentane Kraftstoffeffizienz angezeigt wird, die mit dem Verbrauch im FC-Stapel 12 zusammenhängt, kann er das Fahrzeug 1 fahren, während ihm sowohl die momentane Kraftstoffeffizienz als auch die momentane Effizienz der elektrischen Leistung bewusst ist.
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Obwohl die vorliegende Offenbarung genau erläutert und veranschaulicht wurde, ist selbstverständlich, dass dies nur zur Veranschaulichung und als Beispiel dient und nicht einschränkend zu verstehen ist, während der Umfang der vorliegenden Offenbarung anhand des Wortlauts der anhängigen Ansprüche zu interpretieren ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2019231599 [0001]
- JP 2019231599 A [0001]
- WO 2011/004493 [0003]
