DE112005002520T5

DE112005002520T5 - Steuervorrichtung einer elektrischen Energiequelle, Steuerverfahren einer elektrischen Energiequelle und Fahrzeug mit einer Steuervorrichtung einer elektrischen Energiequelle

Info

Publication number: DE112005002520T5
Application number: DE112005002520T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Toyota Hirakata
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2008-06-05
Also published as: CN100536205C; DE112005002520T8; JP2006114364A; US20080032162A1; WO2006040657A3; WO2006040657A2; US8247123B2; JP4725071B2; WO2006040657A8; CN101073172A

Abstract

Steuervorrichtung für eine elektrische Energiequelle, die eine elektrische Energiequelle steuert, die eine Brennstoffzelle umfasst, wobei die elektrische Energiequelle einen Heizbereich umfasst, mit:
einem Entscheidungsteil eines benötigten elektrischen Stroms, der ein Betriebseingangssignal von einem Äußeren der elektrischen Energiequelle empfängt, und eine Menge von der elektrischen Energiequelle benötigten elektrischen Energie gemäß dem Betriebseingangssignal bestimmt; und
einem Betriebsteil einer elektrischen Energiequelle, der die elektrische Energiequelle gemäß der Menge von benötigtem elektrischen Strom betreibt, wobei der Betriebsteil der elektrischen Energiequelle eine Menge von zum Heizen verwendeter elektrischer Energie beschränkt, wenn die Menge von benötigter elektrischen Energie größer ist als eine Menge von elektrischer Energie, die durch die elektrische Energiequelle während einem Heizen bereitgestellt werden kann.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung einer elektrischen Energiequelle mit einer Brennstoffzelle.
Hintergrund der Erfindung
Es wurde eine Technologie zum Steuern eines Fahrzeugs mit einem Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, wobei wenn das Brennstoffzellensystem gestartet wird, und ein Nennbetrieb nicht durchgeführt werden kann. Zum Beispiel veröffentlichen die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. JP 2003-249251 A , die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. JP 2004-55379 A und die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. JP 2002-313391 A Technologien, bei denen die Brennstoffzelle mit einem Heizelement geheizt wird, um sanft gestartet zu werden, wenn eine Temperatur einer Brennstoffzelle niedrig ist. Die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. JP 2000-315511 A offenbart eine Technologie, bei der, wenn ein Fahrer ein Gaspedal bis zu einem großen Ausmaß betätigt, die Zufuhr von elektrischer Energie an ein Treibstoff-Umformsystem beschränkt wird, und die elektrische Energie zum Fahren eines Fahrzeugs verwendet wird.
Jedoch wurde nicht in Betracht gezogen, ein Fahrverhalten zu verbessern, das ein Antriebssystem eines Fahrzeugs benötigt, und wie gewünscht auf einen Fahrer reagiert. Zum Beispiel kann bei der in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2000-315511 A offenbarten Technologie eine Menge von elektrischer Energie, die von einem Antriebssystem des Fahrzeugs verwendet wird, erhöht werden. Da jedoch die Menge der elektrischen Energie, die bei dem Antriebssystem verwendet werden kann, eine schnelle Ansprache nicht erhöht, trägt die Erhöhung der Menge elektrischen Energie, die in dem Antriebssystem verwendet werden kann, nicht zu einer Verbesserung des Fahrverhaltens bei. Im Gegensatz dazu kann das Fahrverhalten durch die Erhöhung der Menge der elektrischen Energie, der in dem Antriebssystem verwendet werden kann, verringert werden. Weil die elektrische Energie nicht mit schneller Ansprache verringert wird, kann eine Ausgabe des Antriebssystems nach einer bestimmten Verzögerung erhöht werden, und demzufolge kann eine unerwartete Beschleunigung auftreten. Weiterhin beinhalten nicht nur Fahrzeuge ein Brennstoffzellensystem, sondern ebenso tritt dieses Problem bezüglich einer Funktionsfähigkeit bei einem weiten Bereich von elektrischen Energiequellen mit einem Brennstoffzellensystem auf.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Technologie bereitzustellen, bei der eine Verminderung der Funktionsfähigkeit der elektrischen Energiequelle aufgrund eines Abfalls einer Ausgabe der elektrischen Energiequelle unterdrückt wird, wenn eine elektrische Energiequelle mit einer Brennstoffzelle gesteuert wird.
Ein Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Steuerverrichtung für eine elektrische Energiequelle, die eine elektrische Energiequelle mit einer Brennstoffzelle steuert. Die elektrische Energiequelle umfasst einen Heizteil. Die Steuervorrichtung einer elektrischen Energiequelle umfasst einen Entscheidungsteil einer benötigten elektrischen Energie, der ein Betriebseingangssignal von einem Äußeren der elektrischen Energiequelle empfängt, und eine Menge von benötigter elektrischer Energie von der elektrischen Energiequelle gemäß dem Betriebseingangssignal bestimmt; und einem Betriebsteil einer elektrischen Energiequelle, die die elektrische Energiequelle gemäß der Menge von benötigter elektrische Energie betreibt. Der Heizteil kann ein Brennstoffzellensystem mit der Brennstoffzelle durch Verwenden von durch die elektrische Energiequelle erzeugten elektrischen Energie aufgeheizt werden. Der Heizteil kann die Brennstoffzelle aufheizen. Der Betriebsteil beschränkt eine Menge von zum Heizen verwendeter elektrischer Energie, wenn die Menge von benötigter elektrischer Energie größer ist als eine Menge von elektrischer Energie, die durch die elektrische Energiequelle während einem Heizen bereitgestellt werden kann.
In dieser Steuervorrichtung wird die Menge von zum Heizen der Brennstoffzelle verwendeten elektrischen Energie beschränkt, wenn die Menge der benötigten Energie größer als die Menge der elektrischen Energie ist, die durch die elektrische Energiequelle bereitgestellt werden kann. Hierbei wird die Funktionsfähigkeit der elektrischen Energiequelle durch Erhöhen der Menge von elektrischer Energie, die durch die elektrische Energiequelle bereitgestellt werden kann, erhöht.
Wenn insbesondere die Brennstoffzelle aufgeheizt wird, wird die Ausgabe der Brennstoffzelle häufig gering, und daher übersteigt die Menge der benötigten elektrischen Energie häufig die Menge der elektrischen Energie, die durch die elektrische Energiequelle bereitgestellt werden kann. Demzufolge kann ein deutlicher Effekt durch Anhalten eines Heizens der Brennstoffzelle erreicht werden. Weiterhin kann die Menge der zum Heizen verwendeten elektrischen Energie mit einer kleinen Zeitverzögerung durch Anhalten eines Heizens der Brennstoffzelle reduziert werden. Daher leistet ein Anhalten eines Heizens einen großen Beitrag zu einer Verbesserung einer Funktionsfähigkeit der elektrischen Energiequelle. Das heißt, dass es möglich ist, die Ausgabe der von dem Fahrer gewünschten Ausgabe der elektrischen Energiequelle durch Anhalten eines Heizens der Brennstoffzelle zu erhöhen.
Die Menge der elektrischen Energie, die durch die elektrische Energiequelle bereitgestellt werden kann, die mit der Menge der benötigten elektrischen Energie vergleichbar ist, kann durch ein nachstehend beschriebenes Verfahren abgeschätzt werden. Ebenso kann z.B. während einer Startsequenz des Brennstoffzellensystems ein einfaches Abschätzverfahren angewendet werden, bei dem die Menge der elektrischen Energie, die durch die elektrische Energiequelle bereitgestellt werden kann, konstant abzuschätzen, um 50% einer Nennausgabe zu betragen.
Der Betriebsteil der elektrischen Energiequelle kann ein Ausmaß, auf das eine Menge der zum Heizen verwendeten elektrischen Energie beschränkt ist, erhöhen, wenn eine Differenz zwischen der Menge der elektrischen Energie, die durch die elektrische Energiequelle bereitgestellt werden kann und die Menge der benötigten elektrischen Energie erhöht wird. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, dass ein Heizen der Brennstoffzelle übermäßig beschränkt wird, zu verhindern. Der Heizteil kann die Brennstoffzelle durch Verwenden von mehreren Heizelementen aufheizen. Der Betriebsteil der elektrischen Energiequelle kann das Ausmaß, auf dass die Menge der zum Heizen verwendeten elektrischen Energie beschränkt ist, durch verändern der Anzahl von Heizelementen, die mit elektrischer Energie versorgt werden, unter den mehreren Heizelementen anpassen.
Im Allgemeinen ist eine Induktivitätskomponente des Heizelements klein. Daher ist es möglich, die Menge der elektrischen Energie, die durch die elektrische Energiequelle mit kurzer Zeitverzögerung bereitgestellt werden kann, durch Ausschalten des Heizelements durch Verwenden eines Schalters zu erhöhen. Weil daher die Menge von elektrischer Energie, die durch die elektrische Energiequelle bereitgestellt wird, mit schnellem Ansprechverhalten erhöht wird, wird die Funktionsfähigkeit der elektrischen Energiequelle stark verbessert.
Eine Verbindung zwischen mindestens zwei der mehreren Heizelementen kann zwischen einer parallelen Verbindung und einer Verbindung in Serie umgestellt werden. Der Betriebsteil der elektrischen Energiequelle kann bis zu dem Ausmaß, auf dass die Menge zum Heizen verwendeten elektrischen Energie beschränkt ist, durch verändern der Anzahl von Heizelementen, die mit elektrischer Energie durch die Verbindung in Serie versorgt werden, angepasst werden.
Da die Heizelemente durch Verwenden von Widerständen Hitze erzeugen, wird die Menge der elektrischen Energie, die dem Heizelement zugeführt wird, aufgrund eines Abfalls eines elektrischen Stromwertes reduziert, wenn die Verbindung zwischen mindestens zwei der mehreren Heizelementen von einer parallelen Verbindung zu einer Verbindung in Serie umgestellt wird. Weiterhin kann die Verbindung zwischen den Heizelementen mit einer kurzen Zeitverzögerung durch Betreiben eines Schalters geändert werden. Weil daher die Verbindung zwischen den Heizelementen mit schnellem Ansprechverhalten geändert werden kann, wird die Funktionsfähigkeit der elektrischen Energiequelle stark verbessert.
Daher kann das Heizelement mit einer kleinen Zeitverzögerung die Menge der elektrischen Energie, die durch die elektrische Energiequelle bereitgestellt werden kann, durch Betreiben eines Schalters und/oder durch Ändern der Verbindung zwischen den Heizelementen, erhöhen. Beispiele der Heizelemente umfassen ein Ummantelungs-Heizelement, ein Hüllenstecker-Heizelement (engl.: „glove-plug heater) und ein PTC-Heizelement.
Weiterhin kann die Steuervorrichtung der elektrischen Energiequelle einen Abschätzbereich umfassen, der die Menge von elektrischer Energie, die durch die elektrische Energiequelle bereitgestellt werden kann, abschätzt, und der Betriebsbereich der elektrischen Energiequelle kann die Menge der zum Heizen verwendeten elektrischen Energie basierend auf der abgeschätzten Menge der elektrischen Energie beschränken.
Der Abschätzbereich kann eine Strom-Spannungs-Kennlinie der Brennstoffzelle messen, und kann die Menge der elektrischen Energie, die durch die elektrische Energiequelle basierend auf der gemessenen Strom-Spannungs-Kennlinie bereitgestellt werden kann, abschätzen. Ebenso kann der Abschätzbereich eine Temperatur der Brennstoffzelle messen, und kann die Menge der elektrischen Energie, die durch die elektrische Energiequelle bereitgestellt werden kann, basierend auf der gemessenen Temperatur abschätzen.
Die Erfindung kann bei einem Steuerverfahren einer elektrischen Energiequelle, einem Steuerverfahren für ein Brennstoffzellensystem und Vorrichtungen, wie etwa Fahrzeuge, die die Steuervorrichtung einer elektrischen Energiequelle umfassen, angewendet werden. Daher kann die Erfindung in verschiedenen Ausführungsbeispielen realisiert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen ersichtlich, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente zu repräsentieren, und wobei gilt:
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Fahrzeugs mit einem Brennstoffzellensystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2A und 2B sind Blockdiagramme, die jeweils eine Situation zeigen, in denen eine sekundäre Batterie 26 und ein Brennstoffzellesystem 200 elektrische Energie an eine Ansteuerschaltung 36 liefern;
3A und 3B sind Graphen, die eine Steuerung einer Ausgabe des Brennstoffzellensystems 200 durch Anpassen einer Ausgangsspannung eines DC/DC-Konverters 64 zeigen;
4 ist ein Steuerblockdiagramm, das eine Steuerung des Fahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
5 ist ein Flussdiagramm, das die Steuerung des Fahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
6A und 6B sind Graphen, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen einem Gaspedalbetriebsumfang Wt, und einem benötigten elektrischen Energiesteuerwert Pt und einer Zuführbahren Menge einer elektrischen Ansteuerleistung Ps zeigt;
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Koeffizienten-Aktualisier-Vorgang in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
8A und 8B sind Graphen, die ein Verfahren zum Abschätzen einer maximalen FC-elektrischen Energiemenge durch Verwenden eines Maximalabgabe-Abschätzkennfeldes 15M zeigen;
9 ist ein Graph, der eine Region veranschaulicht, in der die benötigte Menge elektrischer Energie mit einer Erhöhung des Gaspedalbetriebsumfangs durch Ausschalten eines Heizelements erhöht wird; und
10A bis 10C sind beschreibende Diagramme, die beschreiben, dass eine Menge von dem Heizelement zugeführter elektrischer Energie durch Verändern eines Zustands der Verbindung zwischen mehreren Heizelementen reduziert wird.
DETALLIERTE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer nachstehend beschriebenen Reihenfolge beschrieben.

A. Konfiguration eines Fahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung
B. Steuerung des Fahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung
C. Modifiziertes Beispiel

A. Konfiguration eines Fahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Fahrzeugs mit einem Brennstoffzellensystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Ein Fahrzeug 100 umfasst ein elektrisches Energiequellensystem 20, einen Lastteil 30 und einen Steuerteil 50. Das elektrische Energiequellensystem 20 versorgt den Lastteil 30 mit elektrischer Energie, die die Energie für das Fahrzeug 100 darstellt. Der Lastteil 30 konvertiert die zugeführte elektrische Energie in mechanische Energie zum Fahren des Fahrzeugs 100. Der Steuerteil 50 steuert das elektrische Energiequellensystem 20 und den Lastteil 30.
Das elektrische Energiequellensystem 20 umfasst ein Brennstoffzellensystem 200, eine sekundäre Batterie 26, einen DC/DC-Konverter 64, ein Voltmeter 69, das eine Ausgangsspannung des Brennstoffzellensystems 200 misst, ein Amperemeter 67, das eine Abgabe an elektrischen Strom des Brennstoffzellensystems misst, und eine Überwachung einer verbleibenden Kapazität 28, die eine verbleibende Menge der sekundären Batterie 26 misst. Das Brennstoffzellensystem 200 umfasst ein Heizelement 201, das eine (nicht gezeigte) Brennstoffzelle und einen weiteren Teil des Brennstoffzellensystems aufheizt.
Der Lastteil 30 umfasst ein Gaspedal 37, einen Gaspedalsensor 35, der einen Herabdrück-Umfang des Gaspedals 37 (ebenso als "Gaspedalbetriebsumfang" bezeichnet) misst, eine Ansteuerschaltung 36, einen Motor 31, einen Getriebemechanismus 32, und Räder 34. Die Ansteuerschaltung 36 steuert den Motor 31 an. Die Ansteuerschaltung 36 umfasst z.B. einen Transistor-Inverter. Durch den Motor 31 erzeugte Energie wird über den Getriebemechanismus 32 an die Räder 34 übertragen.
Die Ansteuerschaltung 36 konvertiert die von dem elektrischen Energiequellensystem 20 bereitgestellte – elektrische Gleichstromenergie in elektrische dreiphasige Wechselstromenergie, und versorgt den Motor 31 mit der elektrischen dreiphasigen Wechselstromenergie. Ein Ausmaß der zugeführten elektrischen dreiphasigen Wechselstromenergie wird durch die Ansteuerschaltung 36 bestimmt, die durch den Steuerbereich 50 gemäß einer Eingabe von dem Gaspedalsensor 35 (einem Gaspedalbetriebsumfang Wt) gesteuert wird. Daher ist ein Fahrzeugsystem so konfiguriert, dass das Ausmaß der elektrischen dreiphasigen Wechselstromenergie, die dem Motor 31 zugeführt wird, nicht von der Ausgangsspannung des elektrischen Energiequellensystems 20 abhängt. Der Steuerteil 50 ist elektrisch mit dem Brennstoffzellensystem 200, dem DC/DC-Konverter 64 und der Ansteuerschaltung 36 verbunden. Der Steuerteil 50 steuert verschiedene Steuerungen, die Steuerungen der Komponenten umfassen. Der Steuerteil 50 führt einen Betrieb der verschiedenen Steuerungen durch Ausführen eines in einem (nicht gezeigten) innerhalb des Steuerteils 50 bereitgestellten Speicher gespeicherten Computerprogramms aus. Als Speicher können verschiedene Aufzeichnungsmedien, wie etwa ein ROM und eine Festplatte, verwendet werden.
2A und 2B sind Blockdiagramme, die jeweils eine Situation zeigen, in der die sekundäre Batterie 26 und das Brennstoffzellensystem 200 elektrische Energie an die Ansteuerschaltung 36 liefern. 2A zeigt einen Fall, bei dem eine Menge von elektrischer Ansteuerenergie, die durch die Ansteuerschaltung 36 benötigt wird, größer ist als eine elektrische FC-Energiemenge, die eine Menge von elektrischer Energieausgabe aus dem Brennstoffzellensystem 200 darstellt. 2B zeigt einen Fall, bei dem die Menge an elektrischer Ansteuerenergie, die durch die Ansteuerschaltung 36 benötigt wird, kleiner ist, als die elektrische FC-Energiemenge.
In dem Fall, in dem die Menge an elektrischer Ansteuerenergie, die durch die Ansteuerschaltung 36 benötigt wird, größer ist als die Menge der elektrischen FC-Energie, führen das Brennstoffzellensystem 200 und die sekundäre Batterie 26 simultan elektrische Energie der Ansteuerschaltung 36 zu (siehe 2A). Wenn z.B. das Gaspedal 37 gedrückt wird, und die benötigte elektrische Ansteuerenergie unverzögert erhöht wird, liefern sowohl die sekundäre Batterie 26 als auch das Brennstoffzellensystem 200 elektrische Energie an die Ansteuerschaltung 36.
In dem Fall, bei dem die Menge an elektrischer Ansteuerenergie, die durch die Ansteuerschaltung 36 benötigt wird, kleiner ist als die Menge der elektrischen FC-Energie, wird eine überschüssige Menge von elektrischer Energie der Menge der elektrischen FC-Energie an die sekundäre Batterie 26 geliefert, und die sekundäre Batterie 26 wird mit der überschüssigen Menge an elektrischer Energie, wie nachstehend beschrieben, aufgeladen (siehe 2B). Wenn z.B. die Menge an benötigter elektrischer Ansteuerenergie während einem Leerlauf herabgesetzt wird, führt das Brennstoffzellensystem 200 sowohl der Ansteuerschaltung 36 als auch der sekundären Batterie 26 elektrische Energie zu.
3A und 3B sind Graphen, die eine Steuerung der Ausgabe des Brennstoffzellensystems durch Anpassen der Ausgangsspannung des DC/DC-Konverters 64 zeigen. 3A zeigt eine Beziehung zwischen einer FC-Spannung, die die Ausgangsspannung des Brennstoffzellensystems 200 ist, und einem FC-Strom, der der elektrische Ausgangsstrom des Brennstoffzellensystems 200 ist. Wie aus 3A ersichtlich wird, verringert sich der FC-Strom wenn die FC-Spannung ansteigt. Wenn der FC-Strom ansteigt, sinkt die FC-Spannung.
Genauer gesagt gilt, dass wenn die FC-Spannung V₀ ist, ist der FC-Strom I₀, und die Menge an elektrischer FC-Energie ist P₀. Wenn sich die FC-Spannung auf V₁ verringert, erhöht sich der FC-Strom auf I₁, und die Menge an elektrischer FC-Energie erhöht sich auf P₁. Wenn sich jedoch FC-Spannung auf einen Wert, kleiner als V₁ verringert, erhöht sich der FC-Strom nur um einen geringen Umfang, und die Menge der elektrischen FC- Energie, die ein Produkt des FC-Stroms und der FC-Spannung ist, beginnt abzufallen.
Um das Brennstoffzellensystem 200 zu schützen, ist das elektrische Energiequellensystem 20 so eingerichtet, dass die FC-Spannung nicht kleiner als eine minimale Betriebsspannung Vmin wird. Als eine Folge wird das Brennstoffzellensystem bei einer Ausgangsspannung zwischen einer Leerlaufspannung OCV und der minimalen Betriebsspannung Vmin betrieben.
3B zeigt eine elektrische Energie, die durch das Brennstoffzellensystem 200 bereitgestellt wird (siehe 1), an die der DC/DC-Konverter 64 parallel verbunden ist. Eine Menge an elektrischer Energie Pt ist eine Menge von benötigter elektrischer Ansteuerenergie zu einem bestimmten Zeitpunkt (siehe 2A und 2B). Die Menge an elektrischer FC-Energie wird als ein Bereich angegeben, der mit den Symbolen „–" schraffiert ist. Eine Menge an elektrischer Energie, die durch eine sekundäre elektrische Energiequelle bereitgestellt wird, wird als ein Bereich dargestellt, der durch Symbole „+" schraffiert ist. Die Menge an elektrischer FC-Energie ist die gleiche wie die in 3A gezeigte.
Wenn z.B. eine sekundäre elektrische Energiequellenspannung V₀ ist, ist der Wert der Menge der elektrischen FC-Energie P₀, was kleiner ist als die benötigte Menge an elektrischer Energie Pt. Hierfür führt der DC/DC-Konverter 64 elektrische Energie einer Menge, äquivalent zu einer Differenz zwischen der benötigten Menge an elektrischer Ansteuerenergie Pt und der Menge der elektrischen FC-Energie P₀ (= Pt – P₀), zu. Wenn indessen die Spannung der sekundären elektrischen Energiequelle auf V₀ abfällt, erhöht sich der Wert der Menge der elektrischen FC-Energie auf P₁, was größer ist als die benötigte Menge an elektrischer Ansteuerenergie Pt. Hierbei wird die überschüssige Menge an elektrischer Energie der Menge der elektrischen FC-Energie (= P₁ – Pt) der sekundären Batterie 26 über den DC/DC-Konverter 64 zugeführt (siehe 2B). Daher kann das elektrische Energiequellensystem 20 die Menge der elektrischen FC-Energie durch Anpassen der Spannung der sekundären elektrischen Energiequelle (der Ausgangsspannung des DC/DC-Konverters 64) steuern.
Daher kann die Ausgabe des Brennstoffzellensystems 200 gemäß der benötigten Menge an elektrischer Ansteuerenergie durch die Ansteuerschaltung 36 und dem Ladungszustand der sekundären Batterie angepasst werden. Wenn z.B. die benötigte Menge an elektrischer Ansteuerenergie durch die Ansteuerschaltung 36 groß ist, oder wenn die Ladungsmenge der sekundären Batterie 26 klein ist, wird die Spannung der elektrischen Energiequelle auf einen kleinen Wert gesteuert. Wenn indessen die benötigte Menge an elektrischer Ansteuerenergie durch die Ansteuerschaltung 36 klein ist, und die Ladungsmenge der sekundären Batterie übermäßig groß ist, wird die Ausgangsspannung des DC/DC-Konverters 64 auf einen großen Wert gesteuert.
Um der Einfachheit der Beschreibung Willen wird in diesem Ausführungsbeispiel, wenn das Brennstoffzellensystem 200 gestartet wird, eine Durchflussrate eines Reaktionsgases für das Brennstoffzellensystem 200 angemessen gesteuert, um ein Überlaufen zu verhindern, und die Startzeit zu verkürzen. Hierfür wird in diesem Ausführungsbeispiel die Ausgabe des Brennstoffzellensystems 200 dadurch gesteuert, dass nur die Ausgangsspannung des DC/DC-Konverters 64 gesteuert wird, und die Ausgabe des Brennstoffzellensystems 200 wird nicht durch Steuern der Durchflussrate des Reaktionsgases gesteuert.
Wenn jedoch die Ausgabe des Brennstoffzellensystems 200 durch Steuern der Ausgangsspannung des DC/DC-Konverters 64 gesteuert wird, wird die Ausgabe des Brennstoffzellensystems 200 mit schnellem Ansprechverhalten gesteuert, als im Vergleich, wenn die Ausgabe des Brennstoffzellensystems 200 durch Steuern der Durchflussrate des Reaktionsgases gesteuert wird. Weil die Ausgabe des Brennstoffzellensystems 200 hauptsächlich durch Steuern der Ausgangsspannung des DC/DC-Konverters 64 in diesem Ausführungsbeispiel gesteuert wird, ist es daher möglich, einen deutlichen Effekt einer Verbesserung einer Funktionsfähigkeit zu erhalten.
B. Steuerung des Fahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung
4 ist ein Steuerblockdiagramm, das eine Steuerung des Fahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Das Steuerblockdiagramm umfasst den Gaspedalsensor 35, das Steuerteil 50, das elektrische Energiequellensystem 20 und die Ansteuerschaltung 36. Der Gaspedalsensor 35 empfängt ein Gaspedalbetriebseingangssignal (den Gaspedalbetriebsumfang Wt) von dem Fahrer, der ein Nutzer ist. Der Steuerteil 50 empfängt den Gaspedalbetriebsumfang Wt von dem Gaspedalsensor 35. Das elektrische Energiequellensystem 20 und die Ansteuerschaltung 36 werden durch den Steuerteil 50 gemäß dem Gaspedalbetriebseingangssignal von dem Fahrer gesteuert.
Der Steuerteil 50 umfasst einen Steuerteil der elektrischen Ansteuerenergie 14, eine Konverter-Steuerschaltung 16 und einen Abschätzteil der maximalen Ausgabe 15. Der Steuerteil der elektrischen Ansteuerenergie 14 gibt einen Steuerwert einer benötigten elektrischen Energie Pt und einen Ansteuerspannungssteuerwert Vt an die Ansteuerschaltung 36 und die Konverter-Steuerschaltung 16 gemäß dem Gaspedalbetriebsumfang Wt aus. Der Steuerwert der benötigten elektrischen Energie Pt ist ein Steuerwert zum Veranlassen des Motors 31 eine Ansteuerenergie gemäß dem Gaspedalbetriebsumfang Wt zu erzeugen. Der Ansteuerspannungssteuerwert Vt ist ein Steuerwert zum Steuern der Ausgangsspannung (Ansteuerspannung) des elektrischen Energiequellensystems 20, sodass die benötigte Menge der elektrischen Ansteuerleistung entsprechend dem Steuerwert der benötigten elektrischen Energie Pt der Ansteuerschaltung 36 zugeführt werden kann. Die Ausgangsspannung des elektrischen Energiequellensystems 20 wird durch Steuern der Ausgangsspannung des DC/DC-Konverters 64 wie nachstehend beschrieben gesteuert.
5 ist ein Flussdiagramm, das die Steuerung des Fahrzeugs gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. In Schritt S100 erhält der Steuerteil 50 den Gaspedalbetriebsumfang Wt von dem Gaspedalsensor 35. Der Steuerteil 50 erhält Gaspedalbetriebsumfang Wt z.B. durch Erhalten eines Signals, das den Umfang, um den das Gaspedal herabgedrückt wird, der durch den Gaspedalsensor 35 erfasst wird, zu vorbestimmten Abtastzyklen angibt.
Schritt S160 wird durchgeführt, sodass eine Zufuhr von elektrischer Energie an das Heizelement 201 nur angehalten wird, wenn der Steuerwert der benötigten elektrischen Energie Pt sich einer abgeschätzten zuführbaren Menge an elektrischer Ansteuerenergie Pmest (d.h. eine maximale zuführbare elektrische Energiemenge) zu einem Zeitpunkt annähert, wenn elektrische Energie dem Heizelement 201 zugeführt wird, was nachstehend beschrieben wird. Es wird bestimmt, ob der Steuerwert der benötigten elektrischen Energie Pt sich nahe der abgeschätzten zuführbaren Menge an elektrischer Ansteuerenergie Pmest zu dem Zeitpunkt befindet, wenn elektrische Energie dem Heizelement 201 zugeführt wird, basierend darauf, ob der Gaspedalbetriebsumfang größer als ein Schwellenwert Wth1 ist. Wenn eine positive Bestimmung in Schritt S160 getroffen wird („JA” in Schritt S160) stoppt der Steuerteil 50 (siehe 1) die Zufuhr von elektrischer Energie an das Heizelement 201 in Schritt S170, das in dem Brennstoffzellensystem 200 bereitgestellt ist. Der Zweck eines Stoppens der Zufuhr von elektrischer Energie an das Heizelement 201 ist, die maximale zuführbare elektrische Energiemenge des elektrischen Energiequellensystems 20 zu erhöhen.
Schritt S180 wird durchgeführt, sodass die Zufuhr von elektrischer Energie an das Heizelement 201 nur neu gestartet wird, wenn der Steuerwert der benötigten elektrischen Energie Pt ausreichend kleiner als die abgeschätzte zuführbare Menge an elektrischer Ansteuerenergie Pmest zum Zeitpunkt, wenn elektrische Energie dem Heizelement 201 zugeführt wird, ist, und der Steuerwert der benötigten elektrischen Energie Pt sich unwahrscheinlich der abgeschätzten zuführbaren elektrischen Energiemenge Pmest wiederum annähert. Es wird bestimmt, ob der Steuerwert der benötigten elektrischen Energie Pt ausreichend kleiner als die abgeschätzte zuführbare Menge an elektrischer Ansteuerenergie Pmest zum Zeitpunkt, wenn elektrische Energie dem Heizelement 201 zugeführt wird, ist, und der Steuerwert der benötigten elektrischen Energie Pt sich unwahrscheinlich der abgeschätzten zuführbaren Menge an elektrischer Ansteuerenergie Pmest wiederum annähert, basierend darauf, ob der Gaspedalbetriebsumfang kleiner als ein Schwellenwert Wth2 ist, der kleiner ist, als der Schwellenwert Wth1. Wenn eine positive Bestimmung in Schritt S180 getroffen wird („JA” in Schritt S180), startet der Steuerteil 50 die Zufuhr von elektrischer Energie an das Heizelement 201, das in dem Brennstoffzellensystem 200 bereitgestellt ist, in Schritt S190 neu.
Daher wird der Schwellenwert Wth2 zum Einschalten des Heizelements 201 kleiner eingestellt als der Schwellenwert Wth1 zum Ausschalten des Heizelements 201, um einen Verschleiß des Heizelements 201 aufgrund häufigen Ein- und Ausschaltens des Heizelements 201 zu verhindern.
In Schritt S200 bestimmt der Steuerteil 50 den Steuerwert der benötigten elektrischen Energie Pt gemäß dem Gaspedalbetriebsumfang Wt, und gibt den Steuerwert der benötigten elektrischen Energie Pt an die Ansteuerschaltung 36 aus. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Steuerwert der benötigten elektrischen Energie Pt durch Multiplizieren des Gaspedalbetriebsumfangs Wt mit einem positiven Koeffizienten α bestimmt. Der Gaspedalbetriebsumfang Wt wird mit dem positiven Koeffizienten α so multipliziert, dass wenn der Herabdrückumfang des Gaspedals, der durch den Fahrer veranlasst wird, erhöht wird, dass eine Energie zum Fahren des Fahrzeugs erhöht wird. Wie der positive Koeffizient α, wird in der ersten Routine ein vorbestimmter Initialwert verwendet. Jedoch wird in der nächsten Routine und in anschließenden Routinen ein positiver Koeffizient α verwendet, der in Schritt S400 aktualisiert wird, wie nachstehend beschrieben wird.
6A zeigt eine Beziehung zwischen dem Gaspedalbetriebsumfang Wt und dem Steuerwert der benötigten elektrischen Energie Pt. 6B zeigt eine Beziehung zwischen dem Gaspedalbetriebsumfang Wt und der zuführbaren Menge an elektrischer Ansteuerenergie Ps, was der Menge von elektrischer Ansteuerenergie entspricht, die zugeführt werden kann. In den 6A und 6B geben die Linien L1 und L1' eine Relation in einem Fall an, in dem die Erfindung nicht angewendet wird. Die Linie L2, die Linie L2' und die Linie L3 geben eine Beziehung in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung an.
In dem Fall, in dem die Erfindung nicht angewendet wird, gilt die folgende Beziehung zwischen dem Gaspedalbetriebsumfang Wt, dem Steuerwert der benötigen elektrischen Energie Pt und der zuführbaren Menge von elektrischer Ansteuerenergie Ps. Wie durch die Linie L1 angegeben, gibt es eine lineare Beziehung zwischen dem Gaspedalbetriebsumfang Wt und dem Steuerwert der benötigten elektrischen Energie Pt, bei der ein maximaler Gaspedalbetriebsumfang Wtmax einem maximalen Nennausgabewert Pmrate des elektrischen Energiequellensystems 20 entspricht. Die Beziehung ist so ausgewählt, dass der Fahrer die maximal bewertete Ausgabe Pmrate verwenden kann, und das Fahrzeug linear gemäß dem Gaspedalbetriebsumfang Wt in einem Fall, in dem das elektrische Energiequellensystem 20 die maximal bewertete Ausgabe Pmrate erzeugen kann, betrieben werden kann.
Jedoch erreicht zuführbare Menge an elektrischer Ansteuerenergie Ps, die die Menge von elektrischer Energie ist, die der Ansteuerschaltung 36 über das elektrische Energiequellensystem 20 zugeführt werden kann in einem Fall, in dem das elektrische Energiequellensystem 20 nicht die maximal bewertete Ausgabe Pmrate erzeugen kann, z.B. wenn das elektrische Energiequellensystem 20 gestartet wird, den Maximalwert bei einem Gaspedalbetriebsumfang Wta. Anschließend ist die Ausgabe des elektrischen Energiequellensystems 20 während einer Periode von dem Gaspedalbetriebsumfang Wta bis zu dem Gaspedalbetriebsumfang Wtmax, wie durch die Linie L1' angegeben, konstant. Als eine Folge wird das Fahrzeug 100 trotz der Absicht des Fahrers nicht beschleunigt, wenn der Fahrer das Gaspedal 37 herabdrückt.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Abfall der Funktionsfähigkeit durch Ändern der Beziehung zwischen dem Gaspedalbetriebsumfang Wt und dem Steuerwert der benötigten elektrischen Ansteuerenergie Pt von der Linie L1 zu der Linie L2 durch einen Vorgang in dem nachstehend beschriebenen Schritt S400 unterdrückt. Die Linie L2 gibt eine lineare Beziehung zwischen dem Gaspedalbetriebsumfang Wt und dem Steuerwert der benötigten elektrischen Energie Pt an, bei der der maximale Gaspedalbetriebsumfang Wt der abgeschätzten zuführbaren Menge an elektrischer Ansteuerenergie Pmest entspricht.
Daher kann die Beziehung zwischen dem Gaspedalbetriebsumfang Wt und der zuführbaren Menge an elektrischer Ansteuerenergie Ps von der Linie L1' zu der Linie L2', wie in 6B gezeigt, geändert werden.
Daher kann der Fahrer in diesem Ausführungsbeispiel die elektrische Ansteuerenergie verwenden, die tatsächlich durch das elektrische Energiequellensystem 20 ausgegeben werden kann. Zusätzlich wird die Ansteuerenergie mit einer Erhöhung des Gaspedalbetriebsumfangs Wt über einen gesamten Bereich des Gaspedalbetriebsumfangs Wt erhöht. Wenn daher der Fahrer das Gaspedal 37 herabdrückt, wird das Fahrzeug wie durch den Fahrer beabsichtigt konstant beschleunigt. Demzufolge kann die Funktionsfähigkeit verbessert werden.
Da weiterhin in diesem Ausführungsbeispiel Schritt S170 durchgeführt wird, wird wenn der Steuerwert der benötigten elektrischen Energie Pt die abgeschätzte zuführbare Menge an elektrischer Ansteuerenergie Pmest übersteigt, die Zufuhr von elektrischer Energie an das Heizelement 201 gestoppt, und die maximale zuführbare elektrische Ansteuerenergie des elektrischen Energiequellensystems 20 wird erhöht, wie durch die Linie L3' in 6B angegeben wird. Hierbei wird, auch wenn die maximale Ausgabe des Brennstoffzellensystems 200 verändert wird, ein Bereich, in dem die Ausgabe zum Fahren des Fahrzeugs mit einer Erhöhung des Herabdrückumfangs des Gaspedals erhöht wird, erhöht. Als eine Folge wird die Funktionsfähigkeit verbessert.
In Schritt S300 steuert der Kontrollteil 50 das elektrische Energiequellensystem 20 so, dass das elektrische Energiequellensystem 20 die durch die Ansteuerschaltung 36 benötigte elektrische Ansteuerenergie zuführen kann. Das elektrische Energiequellensystem 20 wird durch Steuern der Ausgangspannung des DC/DC-Konverters 64 gesteuert, der mit dem Brennstoffzellensystem 200 wie vorstehend beschrieben verbunden ist. Die Ausgangsspannung des DC/DC-Konverters 64 wird durch die Konvertersteuerschaltung 16 gesteuert. Die Konvertersteuerschaltung 16 wird gemäß der Spannungssteuerwerteingabe daran von dem Steuerteil der elektrischen Ansteuerenergie 14 gesteuert.
In Schritt S400 führt der Steuerteil 50 einen Koeffizientenaktualisierungsvorgang durch. Der Koeffizientenaktualisierungsvorgang ist ein Vorgang zum Aktualisieren des positiven Koeffizienten α, der eine proportionale Konstante zum Erhalten des Steuerwerts der benötigten elektrischen Energie Pt basierend auf dem Gaspedalbetriebsumfang Wt ist, gemäß dem Zustand des Brennstoffzellensystems 200.
7 ist ein Flussdiagramm, das den Koeffizientenaktualisierungsvorgang in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. In Schritt S410 schätzt der Abschätzteil der maximalen Ausgabe 15 ein Strom-Spannungs-Kennfeld ab. Das Strom-Spannungs-Kennfeld wird basierend auf dem Abschätzkennfeld der maximalen Ausgabe 15M (4) gemäß dem FC-Strom und der FC-Spannung abgeschätzt. Der FC-Strom und die FC-Spannung werden durch Verwenden des Amperemeters 67 und des Voltmeters 69 gemessen (siehe 1 und 4). In diesem Ausführungsbeispiel ist das Abschätzkennfeld der maximalen Ausgabe 15M in dem Abschätzteil der maximalen Ausgabe 15 enthalten.
Die 8A und 8B sind Graphen, die ein Verfahren zum Abschätzen der Menge der maximalen elektrischen FC-Energie durch Verwenden des Abschätzkennfelds der maximalen Ausgabe 15M zeigen. 8A zeigt ein Verfahren zum Abschätzen der Strom-Spannungs-Kennlinie gemäß dem FC-Strom und der FC-Spannung. 8B zeigt ein Verfahren zum Abschätzen der maximalen elektrischen Menge an FC-Energie basierend auf der abgeschätzten Strom-Spannungs- Kennlinie. Das Abschätzkennfeld der maximalen Ausgabe 15M weist mehrere gekrümmte Linien mit den gekrümmten Linien C1 und C2 auf, die die Strom-Spannungs-Kennlinie bei einer konstanten Temperatur der (nicht gezeigten) in dem Brennstoffzellensystem 200 bereitgestellten Brennstoffzelle zeigen.
Zum Beispiel wird in einem Fall, in dem ein Punkt, der durch den gemessenen FC-Strom und der gemessenen FC-Spannung angegebenen Punkt ein Punkt P1 ist, die gekrümmte Linie C1 als die gekrümmte Linie ausgewählt, die die Strom-Spannungs-Kennlinie angibt. Zum Beispiel wird in einem Fall, in dem ein durch den gemessenen FC-Strom und der gemessenen FC-Spannung angegebener Punkt ein Punkt P2 ist, die gekrümmte Linie C2 als die gekrümmte Linie ausgewählt, die die Strom-Spannungs-Kennlinie darstellt.
In Schritt S420 führt der Steuerteil 50 einen Abschätzvorgang einer maximalen FC-Ausgabe durch. Der Abschätzvorgang der maximalen FC-Ausgabe ist ein Vorgang zum Abschätzen der maximalen Ausgabe des Brennstoffzellensystems, das durch Anpassen der FC-Spannung erhalten wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist die maximale FC-Ausgabe der Maximalwert der Menge an elektrischer FC-Energie, wie in 8B gezeigt, und die maximale FC-Ausgabe wird auf einen einzelnen Wert in jeder der gekrümmten Linien, die die Strom-Spannungs-Kennlinie angeben, eingestellt. Zum Beispiel wird in einem Fall, in dem die gekrümmte Linie C2 ausgewählt wird, die maximale FC-Ausgabe abgeschätzt, um bei einem Wert Pmax zu liegen.
In Schritt S430 führt der Steuerteil 50 einen Abschätzvorgang einer Zuführbaren elektrischen Ansteuerenergie durch. Der Abschätzvorgang der zuführbaren Ansteuerenergie ist ein Vorgang zum Abschätzen der maximalen Menge von elektrischer Energie, die durch das elektrische Energiequellensystem 20 bereitgestellt werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist die maximale Menge von elektrischer Energie, die durch das elektrische Energiequellenssystem 20 bereitgestellt werden kann durch Subtrahieren einer elektrischen Energiemenge, die durch zusätzliche Apparate des Brennstoffzellensystems 200 inklusive des Heizelements 201 von einer Summe der maximalen FC-Ausgabe und der maximalen Ausgabe des DC/DC-Konverters 64 erhalten wird.
In Schritt S440 führt der Steuerteil 50 einen Koeffizientenbestimmungsvorgang durch. Bei dem Koeffizientenbestimmungsvorgang wird der positive Koeffizient α durch Teilen der abgeschätzten zuführbaren Menge an elektrischer Ansteuerenergie durch den maximalen Gaspedalbetriebsumfang Wtmax berechnet. Der Steuerteil 50 aktualisiert den positiven Koeffizienten α auf den Wert, der auf diese Weise berechnet wird. Folglich ist der Vorgang in Schritt S400 abgeschlossen (siehe 5).
Diese Vorgänge (Schritt S100 bis Schritt S400) werden bei einem vorbestimmten Zyklus bis der Zündschalter ausgeschaltet wird (Schritt S500) wiederholt. Daher ist, auch wenn die maximale Ausgabe des Brennstoffzellensystems 200 geändert wird, die zugeführte Menge an elektrischer Energie durch das elektrische Energiequellensystem 20 proportional zu dem Gaspedalbetriebsumfang Wt über einen gesamten Bereich des Gaspedalbetriebsumfangs Wt.
Daher wird bei dem Fahrzeug gemäß dem Ausführungsbeispiel, auch wenn die maximale Ausgabe des Brennstoffzellensystems 200 geändert wird, die Steuerung so durchgeführt, dass die Ausgabe zum Fahren des Fahrzeugs konstant mit einem Erhöhen des Gaspedalbetriebsumfangs Wt über einen gesamten Bereich des Gaspedalbetriebsumfangs Wt erhöht wird. Hierdurch wird die Funktionsfähigkeit verbessert.
Das vorstehende Ausführungsbeispiel kann wie folgt modifiziert werden. Zum Beispiel kann Schritt S400 in 5 weggelassen werden. In diesem Fall wird in Schritt S200 der Steuerwert der benötigten elektrischen Leistung Pt durch Multiplizieren des Gaspedalbetriebsumfangs Wt mit dem positiven Koeffizienten α bestimmt. Da Schritt S400 nicht durchgeführt wird, wird ein vorbestimmter positiver Koeffizient α, der nicht aktualisiert wurde, in den nächsten und anschließenden Routinen verwendet. In diesem modifizierten Beispiel wird, wie in 9 gezeigt, wenn der Steuerwert der benötigten elektrischen Leistung Pt die abgeschätzte zuführbare Menge an elektrischer Ansteuerenergie Pmest übersteigt, die Zufuhr von elektrischer Energie an das Heizelement 201 gestoppt, und die maximale zuführbare Menge an elektrischer Ansteuerenergie des elektrischen Energiequellensystems 20 wird erhöht. Hierbei wird, auch wenn die maximale Ausgabe des Brennstoffzellensystems 200 geändert wird, ein Bereich, in dem die Ausgabe zum Fahren des Fahrzeugs gesteuert wird, mit einer Erhöhung des Herabdrückumfangs des Gaspedals zu erhöhen, erhöht. Als eine Folge wird die Funktionsfähigkeit verbessert.
Um die maximale zuführbare Menge an elektrischer Steuerenergie des elektrischen Energiequellensystems 20 zu erhöhen, muss die Zufuhr mit elektrischer Energie an das Heizelement 201 nicht notwendigerweise gestoppt werden. Die Menge von an das Heizelement 201 zugeführter elektrischer Energie kann reduziert werden. Zum Beispiel muss in einem Fall, in dem das Heizelement 201 mehrere Heizelemente umfasst, die mit der sekundären Batterie 26 über einen (nicht gezeigten) Schalter verbunden sind, eine Zufuhr von elektrischer Energie zu allen der mehreren Heizdrähte nicht gestoppt werden. Ebenso kann ein Zustand einer Verbindung zwischen den Heizdrähten so verändert werden, um die dem Heizelement 201 zugeführte elektrische Energie zu reduzieren.
Die 10A bis 10C sind beschreibende Diagramme, die beschreiben, dass eine dem Heizelement 201 zugeführte Menge an elektrischer Energie durch Ändern eines Zustands einer Verbindung zwischen den mehreren Heizelementen reduziert wird. Das Heizelement 201 umfasst zwei Heizelemente 202 und 203, zwei Schalter S1 und S2 und einen Schalter S3. Die beiden Heizelemente 202 und 203 besitzen den gleichen Widerstandswert. Der Schalter S1 ist mit einem Ende des Heizelements 202 verbunden. Der Schalter S2 ist mit einem Ende des Heizelements 203 verbunden. Der Schalter S3 ist mit dem anderen Ende des Heizelements 202 und dem anderen Ende 203 verbunden. Das Heizelement 201 ist direkt mit der sekundären Batterie 26 verbunden.
Die Menge der dem Heizelement 201 geführten elektrischen Energie kann durch Ändern des Zustands der Verbindung zwischen den drei Schaltern S1, S2 und S3 geändert werden. Zum Beispiel wird in einem Fall, in dem die drei Schalter S1, S2 und S3 sich in dem Zustand wie in 10A gezeigt befinden, elektrische Energie von beiden Heizelementen 202 und 203 verbraucht. In einem Fall, in dem sich die drei Schalter S1, S2 und S3 in den in 10B gezeigten Zustand befinden, ist der Schalter S1 ausgeschaltet, und die Menge der durch das Heizelement 202 verbrauchten elektrischen Energie wird reduziert. In einem Fall, in dem sich die drei Schalter S1, S2 und S3 in dem in 10C gezeigten Zustand befinden, sind die zwei Heizelemente 202 und 203 miteinander in Serie verbunden. Hierbei wird ein elektrischer Stromwert um die Hälfte reduziert, und die Menge von verbrauchter elektrischer Energie wird im Vergleich mit dem in 10B gezeigten Fall um die Hälfte reduziert. Da die Heizelemente durch Verwenden des Widerstands Hitze erzeugen, wird die Menge von verbrauchter elektrischer Energie gemäß dem Zustand der vorstehend beschriebenen Verbindungen geladen.
Die Anzahl der Heizelemente beträgt zwei oder mehr, und ist nicht auf zwei beschränkt. Ebenso ist der Zustand der Verbindungen zwischen allen mehreren Heizelementen nicht unbedingt veränderbar. Nur der Zustand einer Verbindung zwischen mindestens zwei der Heizelemente kann veränderbar sein. Weiterhin kann die Operation eines Ein- und Ausschaltens eines Schalters mit der Operation eines Änderns der Verbindung zwischen den mehreren Heizelementen von einer parallelen Verbindung zu einer Verbindung in Serie kombiniert sein.
Im Allgemeinen ist eine Induktivitätskomponente des Heizelements klein. Hierbei kann die vorstehend beschriebene Operation eines Änderns der Verbindung zwischen den Heizelementen die maximale Menge an zuführbarer elektrischer Ansteuerleistung mit einer kleinen Zeitverzögerung erhöht werden. Daher trägt die vorstehend beschriebene Operation eines Änderns der Verbindung zwischen den Heizelementen wesentlich zu einer Verbesserung der Funktionsfähigkeit der elektrischen Energiequelle bei. Beispiele des Heizelements umfassen ein Ummantelungs-Heizelement, ein Hüllenstecker-Heizelement und ein PTC-Heizelement.
Um die maximale zuführbare Menge an elektrischer Ansteuerenergie des elektrischen Energiequellensystems 20 zu erhöhen, muss die Menge von dem Heizelement 201 oder anderen zusätzlichen Apparaten des elektrischen Energiequellensystems 20 zugeführten elektrischen Energie nicht notwendigerweise reduziert werden. Zum Beispiel kann eine Menge von elektrischer Energie, die einem Heizelement zum Entfernen von Nebel/Beschlagen eines (nicht gezeigten) Heckfensters reduziert werden. Jedoch gilt in einem Fall, in dem eine Menge von elektrischer Energie, die den mehreren Systemen zugeführt wird, reduziert wird, ist es bevorzugt, die Menge von elektrischer Energie, die jedem System gemäß einer jedem System zugeteilten Priorität zugeführt wird, zu reduzieren.
Das Heizelement 201 kann nur ein Heizelement umfassen. In diesem Fall wird die Menge von dem einen Heizelement zugeführter elektrischer Energie reduziert.
Da eine Differenz zwischen der abgeschätzten zuführbaren Menge an elektrischer Ansteuerenergie und der Menge der benötigten elektrischen Energie erhöht wird, kann ebenso die Menge der dem Heizelement zugeführten Energie verringert werden.
E. Modifiziertes Beispiel
Obwohl das Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Verschiedene Modifikationen können durchgeführt werden, ohne von dem Geist der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann die Erfindung als folgende modifizierte Beispiele modifiziert werden.
E-1
Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel existiert eine lineare Beziehung zwischen dem Gaspedalbetriebsumfang und der Menge der benötigten elektrischen Ansteuerenergie. Jedoch kann die Beziehung zwischen dem Gaspedalbetriebsumfang und der Menge der benötigten elektrischen Ansteuerenergie nichtlinear sein.
E-2
Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel umfasst das elektrische Energiequellensystem die sekundäre Batterie. Jedoch kann das elektrische Energiequellensystem, das in der Erfindung verwendet wird, keine sekundäre Batterie umfassen, solange das elektrische Energiequellensystem eine Brennstoffzelle umfasst.
E-3
Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass die Erfindung bei dem Fall angewendet wird, in dem die Ausgabe abfällt, wenn das Brennstoffzellensystem gestartet wird. Jedoch kann die Erfindung z.B. bei dem Fall angewendet werden, bei dem die Ausgabe des Brennstoffzellensystems aufgrund von Alterungsverschleiß des Brennstoffzellensystems oder aufgrund des Ladungszustands oder Altersverschleißes der sekundären Batterie abnimmt. Es ist möglich, den Abfall der Ausgabe aufgrund des Ladungszustands oder des Altersverschleißes der sekundären Batterie, z.B. basierend auf einer Strom-Spannungs-Kennlinie oder der Ladungsmenge der sekundären Batterie, abzuschätzen. Die Ladungsmenge kann über die verbleibende Kapazitätsüberwachung 28 (siehe 1) gemessen werden. Weiterhin kann z.B. während einer Startsequenz des Brennstoffzellensystems ein einfaches Abschätzverfahren angewendet werden, bei dem die Ausgabe konstant auf 50% einer Nennausgabe abgeschätzt wird.
E-4
Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird der Abfall der Ausgabe zu einem Zeitpunkt, wenn das Brennstoffzellensystem gestartet wird, basierend auf der Strom-Spannungs-Kennlinie des Brennstoffzellensystems abgeschätzt. Jedoch kann eine Temperatur der (nicht gezeigten) Brennstoffzelle mit einem in 1 gezeigten Thermometer gemessen werden, und der Abfall der Ausgabe des Brennstoffzellensystems kann basierend auf der gemessenen Temperatur der Brennstoffzelle abgeschätzt werden. Die Temperatur der Brennstoffzelle kann z.B. basierend auf einer Temperatur eines Kühlmittels in der Brennstoffzelle gemessen werden.
E-5
Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird die Ausgabe des Brennstoffzellensystems durch Steuern der Ausgangsspannung des DC/DC-Konverters gesteuert. Jedoch kann die Ausgabe des Brennstoffzellensystems durch Steuern der Durchflussrate von Reaktionsgas für das Brennstoffzellensystem gesteuert werden. Ebenso kann die Steuerung der Ausgangsspannung des Brennstoffzellensystems und die Steuerung der Durchflussrate von Reaktionsgas für das Brennstoffzellensystem kombiniert werden. Jedoch wird die Ausgabe der Brennstoffzelle mit kurzem Ansprechverhalten mit der Konfiguration erhöht, bei der die Ausgangsspannung des Brennstoffzellensystems durch Steuern der Ausgangsspannung des DC/DC-Konverters gesteuert wird. Wenn daher diese Konfiguration angewendet wird, ist es möglich, den deutlichen Effekt einer Verbesserung der Funktionsfähigkeit zu erhalten.
Zusammenfassung
Eine Steuervorrichtung für eine elektrische Energiequelle (50) umfasst einen Bestimmungsteil einer benötigten elektrischen Energie, der ein Betriebseingangssignal von einem äußeren einer elektrischen Energiequelle (20) empfängt, und eine Menge von von der elektrischen Energiequelle (20) benötigten elektrischen Energie gemäß dem Betriebseingangssignal bestimmt; und einen Betriebsteil einer elektrischen Energiequelle, die die elektrische Energiequelle (20) gemäß der Menge der benötigten elektrischen Energie betreibt. Der Betriebsbereich der elektrischen Energiequelle beschränkt eine Menge von zum Heizen verwendeter elektrischer Energie, wenn die Menge der benötigten elektrischen Energie größer ist als eine Menge von elektrischer Energie, die durch die elektrische Energiequelle während einem Heizen zur Verfügung gestellt werden kann.

Claims

Steuervorrichtung für eine elektrische Energiequelle, die eine elektrische Energiequelle steuert, die eine Brennstoffzelle umfasst, wobei die elektrische Energiequelle einen Heizbereich umfasst, mit: einem Entscheidungsteil eines benötigten elektrischen Stroms, der ein Betriebseingangssignal von einem Äußeren der elektrischen Energiequelle empfängt, und eine Menge von der elektrischen Energiequelle benötigten elektrischen Energie gemäß dem Betriebseingangssignal bestimmt; und einem Betriebsteil einer elektrischen Energiequelle, der die elektrische Energiequelle gemäß der Menge von benötigtem elektrischen Strom betreibt, wobei der Betriebsteil der elektrischen Energiequelle eine Menge von zum Heizen verwendeter elektrischer Energie beschränkt, wenn die Menge von benötigter elektrischen Energie größer ist als eine Menge von elektrischer Energie, die durch die elektrische Energiequelle während einem Heizen bereitgestellt werden kann.
Steuervorrichtung einer elektrischen Energiequelle gemäß Anspruch 1, wobei der Betriebsteil der elektrischen Energiequelle eine Abgrenzung, auf die die Menge des zum Heizen verwendeten elektrischen Energie begrenzt ist, erhöht, wenn eine Differenz zwischen der Menge der elektrischen Energie, die von der elektrischen Energiequelle bereitgestellt werden kann, und die Menge der benötigten elektrischen Energie sich erhöht.
Steuervorrichtung einer elektrischen Energiequelle gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Heizteil ein Brennstoffzellensystem mit der Brennstoffzelle durch Verwenden von durch die elektrische Energiequelle erzeugten elektrischen Energie heizt.
Steuervorrichtung einer elektrischen Energiequelle gemäß Anspruch 3, wobei der Heizteil die Brennstoffzelle heizt.
Steuervorrichtung einer elektrischen Energiequelle gemäß Anspruch 4, wobei der Heizteil die Brennstoffzelle durch Verwenden von mehreren Heizelementen heizt; und der Betriebsteil der elektrischen Energiequelle die Abgrenzung, auf die die Menge von zum Heizen verwendeter elektrischer Energie beschränkt ist, durch Ändern der Anzahl von Heizelementen, zu denen elektrische Energie zugeführt wird, unter den mehreren Heizelementen anpasst.
Steuervorrichtung einer elektrischen Energiequelle gemäß Anspruch 5, wobei der Heizteil die Brennstoffzelle durch Verwenden mehrerer Heizelemente heizt; wobei eine Verbindung zwischen mindesten zwei der mehreren Heizelementen zwischen einer parallelen Verbindung und einer seriellen Verbindung ausgetauscht werden kann; und der Betriebsteil der elektrischen Energiequelle die Abgrenzung, auf die die Menge von zum Heizen verwendeter elektrische Energie beschränkt ist, durch Verändern der Anzahl von Heizelementen, denen elektrische Energie durch die serielle Verbindung zugeführt wird, anpasst.
Steuervorrichtung einer elektrischen Energiequelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin mit: einem Abschätzteil, der die Menge von elektrischem Strom, der durch die elektrische Energiequelle bereitgestellt werden kann, abschätzt, wobei der Betriebsteil der elektrischen Energiequelle die Menge der zum Heizen verwendeten elektrischen Energie basierend auf die abgeschätzte Menge der elektrischen Energie beschränkt.
Steuervorrichtung einer elektrischen Energiequelle gemäß Anspruch 7, wobei die elektrische Energiequelle eine sekundäre Batterie umfasst; und der Abschätzbereich die Menge der elektrischen Energie, die durch die elektrische Energiequelle bereitgestellt werden kann, basierend auf einem Betriebszustand der Brennstoffzelle und einer Ladungsmenge der sekundären Batterie abschätzt.
Steuervorrichtung einer elektrischen Energiequelle gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei der Abschätzteil eine Strom-Spannungs-Kennlinie der Brennstoffzelle misst, und die Menge der elektrischen Energie, die durch die elektrische Energiequelle bereitstellen kann, basierend auf der gemessenen Strom-Spannungs-Kennlinie abschätzt.
Steuervorrichtung einer elektrischen Energiequelle gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Abschätzteil eine Temperatur der Brennstoffzelle misst, und die Menge der elektrischen Energie, die durch die elektrische Energiequelle bereitgestellt werden kann, basierend auf der gemessenen Temperatur abschätzt.
Steuervorrichtung einer elektrischen Energiequelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Betriebseingangssignal ein Signal zum Betreiben einer Antriebseinrichtung ist, die durch die elektrische Energiequelle angetrieben wird.
Steuervorrichtung einer elektrischen Energiequelle gemäß Anspruch 11, wobei der Betriebsteil der elektrischen Energiequelle die Antriebseinrichtung mit der elektrischen Energie versorgt, die durch die elektrische Energiequelle bereitgestellt werden kann.
Fahrzeug mit: der Steuervorrichtung einer elektrischen Energiequelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12; und einem Fahrzeugantriebsteil, der das Fahrzeug durch Verwenden von durch die elektrische Energiequelle bereitgestellter elektrischer Energie antreibt.
Verfahren zum Steuern einer elektrischen Energiequelle mit einer Brennstoffzelle, wobei die elektrische Energiequelle einen Heizteil umfasst, der ein Brennstoffzellensystem mit der Brennstoffzelle durch Verwenden von durch die elektrische Energiequelle erzeugter elektrischen Energie aufheizt, mit den Schritten: Empfangen eines Betriebseingangssignals von einem Äußeren der elektrischen Energiequelle, und Bestimmen einer Menge von von der elektrischen Energiequelle benötigten elektrischen Energie gemäß dem Betriebseingangssignal; und Betreiben der elektrischen Energiequelle gemäß der Menge der benötigten elektrischen Energie, wobei die Menge der benötigten elektrischen Energie so bestimmt wird, dass eine Menge von zum Heizen verwendeter elektrischer Energie beschränkt wird, wenn die Menge der benötigten elektrischen Energie größer ist als eine Menge von elektrischer Energie, die durch die elektrische Energiequelle während einem Heizen bereitgestellt werden kann.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei der Heizteil ein Brennstoffzellensystem mit der Brennstoffzelle durch Verwenden von durch die elektrische Energiequelle erzeugten elektrischen Energie heizt.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei der Heizteil die Brennstoffzelle heizt.