DE112004002540B4 - Hybridsystem - Google Patents

Hybridsystem Download PDF

Info

Publication number
DE112004002540B4
DE112004002540B4 DE112004002540.0T DE112004002540T DE112004002540B4 DE 112004002540 B4 DE112004002540 B4 DE 112004002540B4 DE 112004002540 T DE112004002540 T DE 112004002540T DE 112004002540 B4 DE112004002540 B4 DE 112004002540B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electric power
fuel cell
cell unit
amount
storage device
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.)
Active
Application number
DE112004002540.0T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112004002540T5 (de
Inventor
Naohiro Yoshida
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 DE112004002540T5 publication Critical patent/DE112004002540T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112004002540B4 publication Critical patent/DE112004002540B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/34Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by heating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/31Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for starting of fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S903/00Hybrid electric vehicles, HEVS
    • Y10S903/902Prime movers comprising electrical and internal combustion motors
    • YGENERAL 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
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S903/00Hybrid electric vehicles, HEVS
    • Y10S903/902Prime movers comprising electrical and internal combustion motors
    • Y10S903/903Prime movers comprising electrical and internal combustion motors having energy storing means, e.g. battery, capacitor
    • Y10S903/904Component specially adapted for hev
    • Y10S903/908Fuel cell

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Hybridsystem (10) miteiner Brennstoffzelleneinheit (20), die bei einer Zufuhr von Reaktionsgas Elektrizität erzeugt,einer Elektrizitätsspeichervorrichtung (40), die durch die Brennstoffzelleneinheit (20) erzeugte elektrische Energie speichert,einer Steuervorrichtung (30) für elektrische Energie, die eine Verteilung von elektrischer Energie steuert, die einer Last (M1, M2) der elektrischen Energie von der Brennstoffzelleneinheit (20) und der Elektrizitätsspeichervorrichtung (40) zugeführt wird, undeinem Steuerabschnitt (50), der einen Betrieb der Brennstoffzelleneinheit (20) steuert, wobeiin einer intermittierenden Betriebsart, während welcher der Betrieb der Brennstoffzelleneinheit (20) zeitweise gestoppt wird, der Steuerabschnitt die Steuervorrichtung (30) für elektrische Energie steuert, so dass die angeforderte Menge elektrischer Energie der Last (M1, M2) der elektrischen Energie, zumindest während einer frühen Phase, die eine Periode von einem Pausenzustand des Betriebs der Brennstoffzelleneinheit (20) bis eine I-V-Charakteristik der Brennstoffzelleneinheit (20) einen stationären Zustand nach einem Neustart des Betriebs der Brennstoffzelleneinheit (20) wiedererlangt, ist, nur von der Elektrizitätsspeichervorrichtung (40) zugeführt wird;die angeforderte Menge elektrischer Energie, welche die Menge von durch die Last elektrischer Energie angeforderte elektrische Energie ist, eingestellt ist, um monoton anzusteigen, wenn ein Ausmaß einer Fahrpedalbetätigung ansteigt;die Elektrizitätsspeichervorrichtung (40) eine Kapazitätscharakteristik aufweist um dazu fähig zu sein, in der intermittierenden Betriebsart die Last elektrischer Energie (M1, M2) mit einem Maximalwert der angeforderten Menge an elektrischer Energie zu versorgen, der eingestellt ist; unddie Last (M1, M2) der elektrischen Energie einen Traktionsmotor (M1) zum Antrieb eines Fahrzeugs, und ein Zubehör (M2) der Brennstoffzelleneinheit (20) umfasst.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Hybridsystem, bei welchem eine Brennstoffzelleneinheit und eine Elektrizitätsspeichervorrichtung installiert sind. Genauer bezieht sich die Erfindung auf eine Installationsdesigntechnologie für eine Elektrizitätsspeichervorrichtung, die eine mit den Fahrzeugcharakteristika in Einklang stehende Kapazitätscharakteristik hat.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Eine in einem Brennstoffzellenelektrofahrzeug installierte bekannte elektrische Energiequelle bzw. Elektroenergiequelle ist ein Hybridsystem, in welchem ein Reformer, eine Brennstoffzelleneinheit und eine Speicherbatterie installiert sind. Ein Hybridsystem dieses Typs ist beispielsweise in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschrift JP 2000 - 315 511 A ( DE 100 21 945 A1 ) offenbart. Bei einer darin offenbarten Konstruktion wird elektrische Energie gemäß dem Betrieb bzw. Betätigung eines Fahrpedals durch einen Fahrer von der Brennstoffzelleneinheit oder der Speicherbatterie über eine Regeleinrichtung der elektrischen Energie bzw. Elektroenergieregeleinrichtung an einen Fahrzeugantriebstraktionsmotor und Zubehör der Brennstoffzelleneinheit, und den Reformer verteilt. Die in dem Fahrzeug zur Verfügung gestellte Speicherbatteriekapazität ist auf einen Betrag gesetzt, der bei Starten des Systems eine Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Traktionsmotor, dem Zubehör der Brennstoffzelleneinheit nur von der Speicherbatterie während einer Periode ermöglicht, bis der Reformer ausreichend aufgewärmt ist, und in der Lage ist, der Brennstoffzelleneinheit ein reformiertes Gas stabil zuzuführen.
  • Bei einem Brennstoffzellenelektrofahrzeug mit einem derartigen Hybridsystem wird die Antwort- bzw. Ansprechverzögerung der Brennstoffzelleneinheit (eine Zeitverzögerung vor einer Durchführung einer stabilen bzw. steten Elektrizitätserzeugung) zu der Zeit einer Erfassung einer hohen Lastanforderung während einer intermittierenden Betriebsart ein Problem. Die intermittierende Betriebsart bezieht sich auf eine Betriebsart, bei welcher während einer geringen Lastbedingung, beispielsweise während eines Leerlaufs oder einer Verzögerung oder dergleichen, der Betrieb der Brennstoffzelleneinheit zeitweise gestoppt wird und das Fahrzeug nur auf der Grundlage der Zufuhr von elektrischer Energie von der Speicherbatterie angetrieben wird. Wird die intermittierende Betriebsdauer (Dauer einer Betriebspause) der Brennstoffzelleneinheit lang, besteht die Möglichkeit einer Verschlechterung der I-V-Charakteristik (elektrische Strom-zu-Spannungs-Charakteristik) der Brennstoffzelleneinheit von der vor der Pause der Brennstoffzelleneinheit auftretenden I-V-Charakteristik. Die I-V-Charakteristik der Brennstoffzelleneinheit fluktuiert die ganze Zeit abhängig von der Zellentemperatur, dem Reaktionsgasfluss, dem Gasdruck und der Feuchtigkeit, und fluktuiert auch beträchtlich mit Fluktuationen des internen Widerstands einer Polymerelektrolytmembran, die durch Änderungen in dem Wasserinhalt sowie Zuständen eines Batteriebetriebs (ein Überschusszustand, ein steter Zustand, usw.) verursacht werden. Sobald sich die I-V-Charakteristik verschlechtert, erzielt ein Neustart der Brennstoffzelleneinheit als Reaktion auf eine hohe Lastanforderung nicht unmittelbar eine ausreichende Erholung der Zellspannung; insbesondere ist ein Zeit von ungefähr 1 bis 2 Sekunden für die Erholung auf eine ausreichende Spannung erforderlich. Neben der Ansprechverzögerung der Brennstoffzelleneinheit ist die Ansprechverzögerung des gesamten Brennstoffzellensystems einschließlich ihres Zubehörs nicht ignorierbar. Wird die Ansprechverzögerung der Brennstoffzelleneinheit gleich oder länger als 200 ms, hat diese ein deutlich verschlechtertes Fahrverhalten zur Folge. Daher gibt es eine starke Nachfrage nach einer Entwicklung einer Verbesserungstechnologie in Bezug auf die Ansprechverzögerung der Brennstoffzelleneinheit.
  • Es ist ein weiteres Problem zu lösen. Ist die in einem Brennstoffzellenelektrofahrzeug zur Verfügung gestellte Speicherbatteriekapazität unzureichend, wird es unmöglich mit einer hohen Lastanforderung zurecht zu kommen. Andererseits ist eine zur Verfügung Stellung eine übermäßig großen Speicherbatteriekapazität eine Verschwendung von Ressourcen. Folglich gibt es einen Bedarf, das Installationsdesign erneut zu betrachten, so dass eine mit den Fahrzeugcharakteristika in Einklang gebrachte Speicherbatterie ausgewählt wird.
  • Die Druckschrift DE 102 60 013 A1 offenbart eine Energieversorgungsvorrichtung, die eine Last mit elektrischer Energie versorgt. Die Vorrichtung umfasst eine Brennstoffzelle und eine Kapazität, die parallel verdrahtet sind, um die Last mit elektrischer Energie zu versorgen, sowie einen Schalter, der die Brennstoffzelle mit der Verdrahtung verbindet oder abtrennt.
  • Weiterhin offenbart die Druckschrift DE 101 47 149 A1 ein Brennstoffzellensystem, in dem eine Elektrizitätsspeicher-einrichtung und die Brennstoffzelle Energie zuführen können, um eine Luftzufuhreinrichtung und einen Traktionsmotor anzutreiben. Als Folge einer erhöhten Leistungsanforderung von dem Motor stellt die Energiespeichereinrichtung elektrische Energie für die Luftzufuhreinrichtung bereit, und anschließend, wenn ein bestimmter Anstieg der Brennstoffzellenausgabe erfasst wird, elektrische Energie an die elektrische Last bereitstellt.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Hybridsystem und ein Steuerverfahren für ein Hybridsystem zur Verfügung zu stellen, welches jeweils in der Lage ist, sowohl eine verbesserte Brennstoffwirtschaftlichkeit als auch ein besseres Fahrverhalten zu erzielen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Hybridsystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen sind in dem abhängigen Anspruch gezeigt.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Hybridsystem, mit: einer Brennstoffzelleneinheit, die bei einer Zufuhr von Reaktionsgas Elektrizität erzeugt, einer Elektrizitätsspeichervorrichtung, die durch die Brennstoffzelleneinheit erzeugte elektrische Energie speichert, einer Steuervorrichtung für elektrische Energie, die eine Verteilung von elektrischer Energie steuert, die einer Last der elektrischen Energie von der Brennstoffzelleneinheit und der Elektrizitätsspeichervorrichtung zugeführt wird, und einem Steuerabschnitt, der einen Betrieb der Brennstoffzelleneinheit steuert, wobei, in einer intermittierenden Betriebsart, während welcher der Betrieb der Brennstoffzelleneinheit zeitweise gestoppt wird, der Steuerabschnitt die Steuervorrichtung für elektrische Energie steuert, so dass die angeforderte Menge elektrischer Energie der Last der elektrischen Energie, zumindest während einer frühen Phase, die eine Periode von einem Pausenzustand des Betriebs der Brennstoffzelleneinheit bis eine I-V-Charakteristik der Brennstoffzelleneinheit einen steten bzw. stationären Zustand nach einem Neustart des Betriebs der Brennstoffzelleneinheit wiedererlangt, ist, nur von der Elektrizitätsspeichervorrichtung zugeführt wird; die angeforderte Menge elektrischer Energie, welche die Menge von durch die Last elektrischer Energie angeforderte elektrische Energie ist, eingestellt ist, um monoton anzusteigen wenn ein Ausmaß einer Fahrpedalbetätigung ansteigt; die Elektrizitätsspeichervorrichtung eine Kapazitätscharakteristik aufweist um dazu fähig zu sein, in der intermittierenden Betriebsart die Last elektrischer Energie mit einem Maximalwert der angeforderten Menge an elektrischer Energie zu versorgen, der eingestellt ist; und die Last der elektrischen Energie einen Traktionsmotor zum Antrieb eines Fahrzeugs, und ein Zubehör der Brennstoffzelleneinheit umfasst.
  • Beispiele der Last der elektrischen Energie umfassen einen Fahrzeugantriebstraktionsmotor, Zubehör der Brennstoffzelleneinheit, usw. Ist in einem Brennstoffzellenelektrofahrzeug eine Elektrizitätsspeichervorrichtung mit einer Kapazitätscharakteristik (das heißt, eine mit der Charakteristik des Fahrzeugs in Einklang stehende Kapazitätscharakteristik) installiert, dass sie in der Lage ist, auch die angeforderte elektrische Energie des Systems zur Verfügung zu stellen, die den elektrischen Energieverbrauch des Zubehörs bedient bzw. übernimmt bzw. faktorisiert, kann ein besseres Fahrverhalten des Brennstoffzellenelektrofahrzeugs erzielt werden.
  • Gemäß dem Hybridsystem des ersten Aspektes kann die Ansprechverzögerung der Brennstoffzelleneinheit aufgefangen werden, indem eine Elektrizitätsspeichervorrichtung mit einer Kapazitätscharakteristik installiert wird, dass sie in der Lage ist, die angeforderte Menge elektrischer Energie der Last der elektrischen Energie während einer frühen Phase zuzuführen, die einem Beginn eines Neustarts eines Betriebs der Brennstoffzelleneinheit aus einem Zustand einer Betriebspause folgt. Daher wird es unnötig, irgendeine besondere Beschränkung auf die Dauer einer Betriebspause der Brennstoffzelleneinheit bereitzustellen, und es wird möglich, die Brennstoffwirtschaftlichkeit beträchtlich zu verbessern. Zudem kann durch Installieren einer Elektrizitätsspeichervorrichtung mit einer Kapazitätscharakteristik, die mit den Charakteristika des Fahrzeugs in Einklang steht, in einem Brennstoffzellenelektrofahrzeug ein besseres Fahrverhalten erzielt werden.
  • Figurenliste
  • Die vorangehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung ersichtlich, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente zu repräsentieren. Es zeigen:
    • 1 ein Hauptkonstruktionsschaubild eines Hybridsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 2 Kennfeldwerte von angeforderter elektrischer Energie eines gesamten Systems, das dem Maß bzw. Grad eines Fahrpedalbetriebs entspricht; und
    • 3 ein Schaubild, das einen Übergang von Betriebsarten veranschaulicht.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • 1 ein Hauptkonstruktionsschaubild eines Hybridsystems (FCHV-System), das als eine Zufuhrvorrichtung elektrischer Energie eines Brennstoffzellenelektrofahrzeugs (FCEV) funktioniert.
  • Ein Hybridsystem 10 hat hauptsächlich eine Brennstoffzelleneinheit 20, die Elektrizität bei Zufuhr eines Reaktionsgases (ein Brennstoffgas und ein Oxidationsgas) erzeugt, eine Reaktionsgaszufuhrvorrichtung 21 zur Zufuhr des Reaktionsgases an die Brennstoffzelleneinheit 20, eine Sekundärbatterie (Elektrizitätsspeichervorrichtung) 40, die durch die Brennstoffzelleneinheit 20 erzeugte elektrische Energie und die während des Bremsen des Fahrzeugs erlangte regenerative Energie speichert, eine Steuervorrichtung für elektrische Energie (Energiesteuereinheit) 30, die die Verteilung der elektrischen Energie steuert, die von der Brennstoffzelleneinheit 20 und der Sekundärbatterie 40 Lasten der elektrischen Energie zuzuführen ist, und einen Steuerabschnitt 50, der die Brennstoffzelleneinheit 20 betreibt und steuert.
  • Als Beispiele der Lasten der elektrischen Energie zeigt 1 einen Traktionsmotor (externe Last) M1 zum Antrieb des Fahrzeugs, und einen Zubehörmotor M2 zur Betätigung von Zubehör (beispielsweise einen Luftkompressor, eine Wasserstoffzirkulationspumpe, usw.), lediglich zur Vereinfachung der Beschreibung. Auch wenn die Sekundärbatterie 40 als eine Elektrizitätsspeichervorrichtung dargestellt ist, können auch andere Vorrichtungen, wie beispielsweise ein elektrischer Doppelschichtkondensator, oder dergleichen, als eine Elektrizitätsspeichervorrichtung zum Einsatz kommen.
  • Die Steuervorrichtung 30 für elektrische Energie umfasst Inverter 31, 32, die die durch die Brennstoffzelleneinheit 20 erzeugte elektrische Gleichstromenergie in elektrische Wechselstromenergie (beispielsweise elektrische Dreiphasenwechselstromenergie) umwandeln, und die elektrische Wechselstromenergie Motoren (beispielsweise Dreiphasenwechselstrommotoren) M1, M2 und einem Gleichspannungs/Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) 33 zuführt, die die Zufuhr und Verteilung der elektrischen Energie der Sekundärbatterie 40 und der Brennstoffzelleneinheit 20 durch Einstellen der Ausgangsspannung der Brennstoffzelleneinheit 20 steuern. Die Inverter 31, 32 und der Gleichspannungs/Gleichspannungswandler 33 sind jeder parallel zu Ausgangsanschlüssen der Brennstoffzelleneinheit 20 verbunden.
  • Der Steuerabschnitt 50 bestimmt eine angeforderte elektrische Energie des gesamten Systems (eine Gesamtsumme der elektrischen Energie des Fahrzeugsantriebs und der elektrischen Energie des Zubehörs) auf der Grundlage des Maßes eines Fahrpedalbetriebs bzw. einer Fahrpedaloperation bzw. Fahrpedalbetätigung und der Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch einen Fahrpedalsensor 51 und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 52 erfasst werden. Als Nächstes bestimmt der Steuerabschnitt 50 die Zuweisungen von ausgegebener elektrischer Energie der Brennstoffzelleneinheit 20 und der Sekundärbatterie 40, und stellt die Mengen des der Brennstoffzelleneinheit 20 zugeführten Reaktionsgases durch Steuerung der Reaktionsgaszufuhrvorrichtung 21 ein, so dass die Menge von durch die Brennstoffzelleneinheit 20 erzeugter Energie eine elektrische Zielenergie erreicht, und stellt den Betriebspunkt der Brennstoffzelleneinheit 20 (Ausgangsspannung, Ausgangsstrom) durch Steuerung des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers 33 ein. Ferner steuert der Steuerabschnitt 50 den Inverter 31, um die Drehgeschwindigkeit und das Drehmoment des Traktionsmotors M1 einzustellen, um so eine Zielfahrzeuggeschwindigkeit gemäß dem Maß eines Fahrpedalbetriebs zu erzielen.
  • Das Hybridsystem 10 betreibt die Brennstoffzelleneinheit 20, um Lasten der elektrischen Energie während einer hohen Lastbedingung elektrische Energie zuzuführen.
  • Während einer geringen Lastbedingung bzw. Lastzustand (Leerlauf, Verzögerung, usw.) tritt das Hybridsystem 10 in eine intermittierende Betriebsart ein, während welcher der Betrieb der Brennstoffzelleneinheit 20 zeitweise gestoppt wird. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird die Betriebsart, während welcher die Brennstoffzelleneinheit 20 in Betrieb ist, als eine „normale Betriebsart“ bezeichnet, und sie wird auf diese Weise von der „intermittierenden Betriebsart“ unterschieden sein, während welcher die Brennstoffzelleneinheit 20 sich in einer Pause befindet. Während der intermittierenden Betriebsart ist die Dauer einer Betriebspause der Brennstoffzelleneinheit 20 nicht besonders beschränkt; das heißt, die Betriebspause der Brennstoffzelleneinheit 20 wird bis zu einer Erfassung einer hohen Lastanforderung fortgesetzt (das heißt, einer Lastanforderung, bei welcher die angeforderte Menge elektrischer Energie größer als ein vorbestimmter Wert ist), wie in 3 angegeben. Zu dem Zeitpunkt einer Erfassung einer hohen Lastanforderung bewegt sich das Hybridsystem 10 von der intermittierenden Betriebsart zu der normalen Betriebsart. Pausiert der Betrieb der Brennstoffzelleneinheit 20 für einige Zeit, verschlechtert sich die I-V-Charakteristik der Brennstoffzelleneinheit 20. Dann erholt sich ihre verschlechterte I-V-Charakteristik bei Erfassung einer hohen Lastanforderung nicht unmittelbar auf einen steten Zustand, sondern die Erholung erfordert eine bestimmte Zeitmenge (beispielsweise 1 bis 2 Sekunden). Daher wird während einer frühen Phase, die einem Neustart eines Betriebs der Brennstoffzelleneinheit 20 folgt, nur die von der Sekundärbatterie 40 zugeführte elektrische Energie für die Zufuhr von elektrischer Energie zu Lasten der elektrischen Energie, wie beispielsweise dem Traktionsmotor M1, dem Zubehörmotor M2, usw., verwendet. Das heißt, die angeforderte elektrische Energie des gesamten Systems, welche während einer frühen Phase (beispielsweise 1 bis 2 Sekunden) vor der Erholung der I-V-Charakteristik der Brennstoffzelleneinheit 20 auf den steten Zustand benötigt wird, wird unter Verwendung von nur der aus der Sekundärbatterie 40 ausgegebenen elektrischen Energie zur Verfügung gestellt. Auf diese Weise wird die Ansprechverzögerung der Brennstoffzelleneinheit 20 aufgefangen, so dass ein besseres Fahrverhalten erzielt werden kann. Da sich der Betriebszustand der Brennstoffzelleneinheit 20 in einen steten Zustand ändert, startet die Zufuhr elektrischer Energie von der Brennstoffzelleneinheit 20, was der Zufuhr von elektrischer Energie von der Sekundärbatterie 40 folgt.
  • Um die gesamte angeforderte elektrische Energie zur Verfügung zu stellen, indem nur die ausgegebene elektrische Energie der Sekundärbatterie 40 während einer frühen Phase Verwendung findet, die einem Neustart eines Betriebs der Brennstoffzelleneinheit 20 folgt, ist es erforderlich, in dem Fahrzeug eine Sekundärbatterie 40 zu installieren, die eine Kapazitätscharakteristik (Batteriespezifikationen) hat, die mit den Fahrzeugcharakteristika in Einklang steht. 2 zeigt Kennfeldwerte der angeforderten elektrischen Energie an, die dem Maß eines Fahrpedalbetriebs entspricht, und veranschaulicht monotone Zunahmen der elektrischen Energie des Fahrzeugantriebs und der elektrischen Energie des Zubehörs entsprechend zu Zunahmen bei dem Maß des Fahrpedalbetriebs. Wenn der maximale Wert der angeforderten elektrischen Energie des gesamten Systems Pmax ist, wie in 2 gezeigt, ist es wünschenswert, dass die Sekundärbatterie 40 als eine Kapazitätscharakteristik eine Entladecharakteristik hat, dass sie in der Lage ist, die durch das System verbrauchte maximale elektrische Energie Pmax [kW] zumindest während einer frühen Phase (Ansprechzeit t[sek]) auszugeben, die einem Neustart eines Betriebs der Brennstoffzelleneinheit 20 folgt (beispielsweise ist Pmax[kW] x t[sek], oder dazu äquivalente Batteriespezifikationen). Folglich wird, indem die Sekundärbatterie 40 mit einer Kapazitätscharakteristik, dass sie in der Lage ist, die durch das System zum Verbrauch verbrauchte maximale elektrische Energie Pmax [kW] auszugeben, in einem Fahrzeug installiert wird, möglich, das Fahrzeug unmittelbar nach der Änderung bzw. dem Wechsel von der intermittierenden Betriebsart zu der normalen Betriebsart mit der maximalen Energie anzutreiben.
  • Der Ausdruck „Fahrzeugcharakteristika“ bezeichnet hierbei das Fahrzeuggewicht des Brennstoffzellenelektrofahrzeugs sowie die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit, die Drehmomentausgabecharakteristik, sein Fahrzeugmodell, usw. Die elektrische Energie des Fahrzeugantriebs und die elektrische Energie des Zubehörs, die dem Maß eines Fahrpedalbetriebs entsprechen, variieren abhängig von den Charakteristika des Fahrzeugs. Beispiele von denkbaren bzw. annehmbaren Parametern der angeforderten elektrischen Energie des System, das auch die elektrische Energie des Zubehörs faktorisiert, umfassen die folgenden Parameter.
    • (1) Die Ausgaben des Fahrzeugantriebstraktionsmotors M1, der Inverter 31, 32, und des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers 33, und Verlust von elektrischer Energie bei dem Zubehör.
    • (2) Die elektrische Energie zur Betätigung des Zubehörs der Brennstoffzelleneinheit 20 (Zubehör, welches durch die Speicherbatterie betätigt werden kann, wie beispielsweise ein Luftkompressor, eine Wasserstoffzirkulationspumpe, usw.), und Verlust von elektrischer Energie bei dem Zubehör.
    • (3) Die elektrische Energie zur Betätigung des anderen Zubehörs (Zubehör, welches durch die Speicherbatterie betätigt werden kann, wie beispielsweise eine Klimaanlage, ein Lenkkraftverstärker, usw.), und Verlust von elektrischer Energie bei dem Zubehör.
    • (4) Die Ausgabe des Gleichspannungs/Gleichspannungswandlers 33, die einer Speicherbatterie für Zubehör zugeführt wird, das bei einer Spannung unter 100 V arbeitet, beispielsweise eine Spannung von 12 V, 24 V, 42 V usw., und Verlust von elektrischer Energie bei dem Zubehör.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird während einer frühen Phase eines Betriebs der Brennstoffzelleneinheit 20, die ihrem Neustart als Reaktion auf eine hohe Lastanforderung folgt, die während einer Pause eines Betriebs der Brennstoffzelleneinheit 20 während einer geringen Lastbedingung erfasst wird, wird die elektrische Energie den Lasten der elektrischen Energie nur von der Sekundärbatterie 40 zugeführt. Diese Konstruktion macht es möglich, die Ansprechverzögerung der Brennstoffzelleneinheit 20 aufzufangen bzw. zu absorbieren. Daher kann die hohe Lastanforderung (Energieanforderung) ungeachtet der Länge der Dauer einer Betriebspause der Brennstoffzelleneinheit 20 als eine Bedingung zum nicht Fortsetzen der intermittierenden Betriebsart verwendet werden. Daher ist es unnötig irgendeine besondere Beschränkung für die Dauer einer Pause eines Betriebs der Brennstoffzelleneinheit 20 zur Verfügung zu stellen, so dass die Brennstoffwirtschaftlichkeit beträchtlich verbessert werden kann. Zudem wird eine gute Verbesserung der Brennstoffwirtschaftlichkeit im Vergleich mit einem System erwartet, das, während einer intermittierenden Betriebsart, die Brennstoffzelleneinheit mit fixierten Zeitintervallen betreibt, um eine Kurzzeiterzeugung von Elektrizität durchzuführen, um so die Verschlechterung der I-V-Charakteristik der Brennstoffzelleneinheit 20 zu reduzieren. Die zum Starten der Brennstoffzelleneinheit 20 verbrauchte elektrische Energie des Zubehörs ist ungefähr die selbe wie die elektrische Energie, die für eine Hochgeschwindigkeitsfahrt des Fahrzeugs auf flachen Straßen verbraucht wird. Daher ist die unbegrenzte Dauer einer Betriebspause der Brennstoffzelleneinheit 20 bei Verbesserung der Brennstoffwirtschaftlichkeit vorteilhaft. Darüber hinaus kann ein besseres Fahrverhalten erzielt werden, da die maximale Energie (die maximale Menge angeforderter elektrischer Energie, die die Lasten der elektrischen Energie anfordern können, das heißt, die maximale elektrische Energie, die durch die Lasten der elektrischen Energie verbraucht werden kann) den Lasten der elektrischen Energie während einer frühen Phase zugeführt werden kann, die dem Neustart eines Betriebs der Brennstoffzelleneinheit 20 folgt. Und außerdem kann durch Installieren der mit den Fahrzeugcharakteristika in Einklang stehenden Sekundärbatterie 40 in einem Fahrzeug eine ideale Hybridsteuerung der Brennstoffzelleneinheit 20 erzielt werden.
  • Was die Sekundärbatterie 40 betrifft, ist es vorzuziehen, eine Sekundärbatterie zu verwenden, die in der Lage ist, die zuvor beschriebene Entladecharakteristik trotz Fluktuationen bis zu einem gewissen Maß bei der SOC (Menge verbleibender Ladung bzw. Restladungsmenge) zu liefern. Neigt die SOC der Speicherbatterie dazu, gering zu sein, ist es wünschenswert, dass elektrische Energie mit Priorität dem zum Starten des Brennstoffzelleneinheit 20 benötigten Zubehör zugeführt wird, und der Rest der elektrischen Energie als die elektrische Energie des Fahrzeugantriebs und die elektrische Energie anderen Zubehörs zugewiesen wird, und folglich ist die Verteilung elektrischer Energie beschränkt. Ändert sich der Betriebszustand der Brennstoffzelleneinheit 20 auf den steten Zustand, wird die durch die Brennstoffzelleneinheit 20 erzeugte elektrische Energie zum Aufladen der Sekundärbatterie 40 erzeugt, und die zuvor erwähnte Verteilungsbeschränkung der elektrischen Energie wird beseitigt.

Claims (2)

  1. Hybridsystem (10) mit einer Brennstoffzelleneinheit (20), die bei einer Zufuhr von Reaktionsgas Elektrizität erzeugt, einer Elektrizitätsspeichervorrichtung (40), die durch die Brennstoffzelleneinheit (20) erzeugte elektrische Energie speichert, einer Steuervorrichtung (30) für elektrische Energie, die eine Verteilung von elektrischer Energie steuert, die einer Last (M1, M2) der elektrischen Energie von der Brennstoffzelleneinheit (20) und der Elektrizitätsspeichervorrichtung (40) zugeführt wird, und einem Steuerabschnitt (50), der einen Betrieb der Brennstoffzelleneinheit (20) steuert, wobei in einer intermittierenden Betriebsart, während welcher der Betrieb der Brennstoffzelleneinheit (20) zeitweise gestoppt wird, der Steuerabschnitt die Steuervorrichtung (30) für elektrische Energie steuert, so dass die angeforderte Menge elektrischer Energie der Last (M1, M2) der elektrischen Energie, zumindest während einer frühen Phase, die eine Periode von einem Pausenzustand des Betriebs der Brennstoffzelleneinheit (20) bis eine I-V-Charakteristik der Brennstoffzelleneinheit (20) einen stationären Zustand nach einem Neustart des Betriebs der Brennstoffzelleneinheit (20) wiedererlangt, ist, nur von der Elektrizitätsspeichervorrichtung (40) zugeführt wird; die angeforderte Menge elektrischer Energie, welche die Menge von durch die Last elektrischer Energie angeforderte elektrische Energie ist, eingestellt ist, um monoton anzusteigen, wenn ein Ausmaß einer Fahrpedalbetätigung ansteigt; die Elektrizitätsspeichervorrichtung (40) eine Kapazitätscharakteristik aufweist um dazu fähig zu sein, in der intermittierenden Betriebsart die Last elektrischer Energie (M1, M2) mit einem Maximalwert der angeforderten Menge an elektrischer Energie zu versorgen, der eingestellt ist; und die Last (M1, M2) der elektrischen Energie einen Traktionsmotor (M1) zum Antrieb eines Fahrzeugs, und ein Zubehör (M2) der Brennstoffzelleneinheit (20) umfasst.
  2. Hybridsystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Betriebspause der Brennstoffzelleneinheit (20) eine Pause umfasst, die während eines intermittierenden Zustands der Brennstoffzelleneinheit (20) auftritt.
DE112004002540.0T 2003-12-26 2004-12-21 Hybridsystem Active DE112004002540B4 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003-433875 2003-12-26
JP2003433875A JP4534122B2 (ja) 2003-12-26 2003-12-26 ハイブリッドシステム
PCT/IB2004/004207 WO2005065986A1 (en) 2003-12-26 2004-12-21 Hybrid system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112004002540T5 DE112004002540T5 (de) 2006-11-09
DE112004002540B4 true DE112004002540B4 (de) 2023-05-04

Family

ID=34746881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112004002540.0T Active DE112004002540B4 (de) 2003-12-26 2004-12-21 Hybridsystem

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7380621B2 (de)
JP (1) JP4534122B2 (de)
CN (1) CN100548738C (de)
DE (1) DE112004002540B4 (de)
WO (1) WO2005065986A1 (de)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4353154B2 (ja) * 2005-08-04 2009-10-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池自動車
JP5071879B2 (ja) 2005-12-07 2012-11-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4501908B2 (ja) * 2006-08-11 2010-07-14 日産自動車株式会社 電動機システム
KR100837939B1 (ko) * 2006-10-11 2008-06-13 현대자동차주식회사 하이브리드 연료전지 버스의 파워 시스템 및 그 제어 방법
FR2909325B1 (fr) * 2006-12-04 2009-03-06 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif d'alimentation pour une machine electrique de vehicule electrique a deux sources d'energie complementaires l'une de l'autre
JP5370956B2 (ja) * 2007-03-23 2013-12-18 本田技研工業株式会社 燃料電池電源装置
US8577547B2 (en) * 2007-09-06 2013-11-05 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell vehicle performance mode
JP4400669B2 (ja) * 2007-11-02 2010-01-20 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US7854282B2 (en) * 2007-12-10 2010-12-21 International Humanities Center Hybrid electric vehicle
US8603687B2 (en) 2007-12-28 2013-12-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
US7936083B2 (en) * 2008-05-08 2011-05-03 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for multiple source power conversion
MX2010013275A (es) * 2008-06-03 2011-03-15 Taiho Pharmaceutical Co Ltd Compuesto novedoso de uracilo o su sal que tiene actividad inhibidora de desoxiuridin trifosfatasa de humano.
US9162558B2 (en) * 2009-06-15 2015-10-20 Polaris Industries Inc. Electric vehicle
JP5077295B2 (ja) * 2009-06-16 2012-11-21 トヨタ自動車株式会社 車両搭載用燃料電池システム
JP5879039B2 (ja) * 2011-01-26 2016-03-08 美浜株式会社 温調システム
JP5830971B2 (ja) * 2011-06-30 2015-12-09 ソニー株式会社 電池モニタ回路、蓄電装置、電動車両および電力システム
JP5335047B2 (ja) * 2011-09-09 2013-11-06 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP6423249B2 (ja) 2014-11-05 2018-11-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび最大電力算出方法
CA3138437A1 (en) 2016-06-14 2017-12-21 Polaris Industries Inc. Hybrid utility vehicle
US10780770B2 (en) 2018-10-05 2020-09-22 Polaris Industries Inc. Hybrid utility vehicle
US11370266B2 (en) 2019-05-16 2022-06-28 Polaris Industries Inc. Hybrid utility vehicle

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000315511A (ja) 1999-05-06 2000-11-14 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池自動車の電力配分制御装置
DE10147149A1 (de) 2001-09-25 2003-04-24 Ballard Power Systems Verfahren zur dynamischen Bereitstellung von elektrischer Leistung für den Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs
DE10260013A1 (de) 2001-12-19 2003-07-24 Toyota Motor Co Ltd Energieversorgungsvorrichtung mit Brennstoffzelle und Kondensator

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3601166B2 (ja) * 1996-02-23 2004-12-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP3842015B2 (ja) * 2000-06-12 2006-11-08 本田技研工業株式会社 燃料電池車両のアイドル制御装置
JP3882485B2 (ja) * 2000-09-04 2007-02-14 日産自動車株式会社 燃料電池車両
JP4206630B2 (ja) * 2000-10-04 2009-01-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池を有する直流電源
US6321145B1 (en) * 2001-01-29 2001-11-20 Delphi Technologies, Inc. Method and apparatus for a fuel cell propulsion system
JP4713758B2 (ja) * 2001-05-01 2011-06-29 本田技研工業株式会社 燃料電池発電システム及びその運転方法
JP4045755B2 (ja) * 2001-05-23 2008-02-13 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP3679070B2 (ja) * 2001-06-22 2005-08-03 本田技研工業株式会社 燃料電池自動車の制御装置
US6617820B2 (en) * 2001-09-07 2003-09-09 General Motors Corporation Auxiliary power conversion by phase-controlled rectification
JP3741009B2 (ja) 2001-09-07 2006-02-01 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
KR100461272B1 (ko) * 2002-07-23 2004-12-10 현대자동차주식회사 연료 전지 하이브리드 차량의 전원 단속장치
JP3700061B2 (ja) * 2003-02-19 2005-09-28 トヨタ自動車株式会社 電気自動車および性能設定方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000315511A (ja) 1999-05-06 2000-11-14 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池自動車の電力配分制御装置
DE10021945A1 (de) 1999-05-06 2001-02-08 Nissan Motor Verteilungssystem für die elektrische Leistung für ein Brennstoffzellenfahrzeug
DE10147149A1 (de) 2001-09-25 2003-04-24 Ballard Power Systems Verfahren zur dynamischen Bereitstellung von elektrischer Leistung für den Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs
DE10260013A1 (de) 2001-12-19 2003-07-24 Toyota Motor Co Ltd Energieversorgungsvorrichtung mit Brennstoffzelle und Kondensator

Also Published As

Publication number Publication date
JP4534122B2 (ja) 2010-09-01
DE112004002540T5 (de) 2006-11-09
WO2005065986A1 (en) 2005-07-21
US7380621B2 (en) 2008-06-03
CN100548738C (zh) 2009-10-14
CN1898102A (zh) 2007-01-17
JP2005190938A (ja) 2005-07-14
US20070088483A1 (en) 2007-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112004002540B4 (de) Hybridsystem
DE10335684B4 (de) Regelung für Kühlung elektronischer Bauteile
DE102010009681B4 (de) Steuerung eines Startergenerators während einer Störungsbedingung einer Hochspannungsbatterie
DE102006056374B4 (de) Spannungsversorgungssystem eines Hybridbrennstoffzellenbusses und Steuerungsverfahren dafür
DE112010005600B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE10200120B4 (de) Verfahren zur Regelung eines lastabhängigen Stromgeneratorsystems in einem Elektrofahrzeug
EP2476155B1 (de) Verfahren zum kaltstarten eines brennstoffzellensystems und brennstoffzellensystem eines kraftfahrzeugs
DE102013014151B4 (de) Leistungsquellenvorrichtung für ein Fahrzeug, Steuerungs- bzw. Regelungsverfahren dafür und Computerprogrammprodukt
DE102012217812B4 (de) Arbeitsmaschine
DE112007002394B4 (de) Betriebsverfahren eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellensystem
DE112009000604B4 (de) Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellensystem
EP1325542B1 (de) Verfahren zur regelung der generatorspannung in einem kraftfahrzeug
DE102008053343B4 (de) Vorrichtung und Verfahren um zu Verhindern, dass eine Spannung absackt
DE102010048151B4 (de) Verfahren zum Optimieren einer Maschinenleerlaufdrehzahl in einem Fahrzeug und Fahrzeug
DE102013101597B4 (de) Elektrische Leistungserzeugungs-Steuervorrichtung
DE102012005993A1 (de) Energieversorgungs-Regel- bzw. -Steuergerät für ein Fahrzeug
DE102017130319A1 (de) Steuerung für ein Elektrofahrzeug und Elektrofahrzeug
DE60316534T2 (de) Stromquelle für einen elektrischen Motor
DE102017106313A1 (de) Verbraucherabhängige Stop/Start-Motorsteuerung
DE102011008247B4 (de) Steueralgorithmus für Niederspannungsschaltung in Hybrid- und herkömmlichen Fahrzeugen
DE60301978T2 (de) System und Verfahren zur Steuerung der Stromversorgung eines Hybrid-Fahrzeugs
DE102019107877A1 (de) Steuerungsvorrichtung
DE112007002656T5 (de) Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellensystemstartverfahren
DE102019107879A1 (de) Steuerungsvorrichtung
DE112009005050B4 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren hierfür

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law

Ref document number: 112004002540

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20061109

Kind code of ref document: P

R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: B60L0011180000

Ipc: B60L0050750000

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R084 Declaration of willingness to licence