DE112007002040T5 - Brennstoffzellensystem und mobile Karosserie - Google Patents

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Abstract

Brennstoffzellensystem, das konfiguriert ist, um zumindest einer von einer Mehrzahl von Leistungszuführquellen, die eine Brennstoffzelle beinhalten, zu ermöglichen, einer Antriebsvorrichtung eine Leistung zuzuführen, wobei das Brennstoffzellensystem dadurch gekennzeichnet ist, dass:
wenn die Leistungszuführquelle, die der Antriebsvorrichtung eine Leistung zuführt, verändert wird, ein Antriebsleistungsbetrag eingeschränkt wird, der der Antriebsvorrichtung gegenüber spezifiziert ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und insbesondere ein Verfahren zum Verhindern, dass sich der Antriebszustand einer Antriebsvorrichtung, abhängig davon, ob eine Brennstoffzelle eine Leistung erzeugt oder nicht, erheblich verändert.
  • Technischer Hintergrund
  • Als ein Brennstoffzellensystem, das mit einer elektrischen Speichervorrichtung als eine Zusatzleistungsquelle einer Brennstoffzelle ausgestattet ist, ist ein System bekannt, das beispielsweise in der Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung H09-231991 offenbart ist. Diese Veröffentlichung offenbart ein Brennstoffzellensystem, das auf ein Automobil angewendet wird, bei dem es sich um eine mobile Karosserie handelt. Gemäß der in dieser Veröffentlichung offenbarten Erfindung wird, wenn das System gestartet wird, ein die Erzeugung von Wärme beschleunigender Aufwärmbetrieb vorgenommen, indem die Brennstoffzelle mit niedriger Effizienz betrieben wird und während der Aufwärmbetriebszeitspanne einem als eine Antriebsvorrichtung dienenden Elektromotor von einer Sekundärzelle, bei der es sich um eine elektrische Speichervorrichtung handelt, Leistung zugeführt wird. Während die Sekundärzelle dem Elektromotor Leistung zuführt, erfasst eine Aufwärmzustands-Erfassungseinrichtung den Aufwärmzustand der Brennstoffzelle während der Aufwärmzeitspanne. Wenn anhand des erfassten Ergebnisses festgestellt wird, dass die Brennstoffzelle ausreichend aufgewärmt ist, dann werden die Brennstoffzelle und der Elektromotor miteinander elektrisch verbunden, so dass dem Elektromotor dann von der Brennstoffzelle Leistung zugeführt wird. Dem System entsprechend werden die Brennstoffzelle und der Elektromotor miteinander verbunden, nachdem eine ausreichende Erwärmung erfasst worden ist, wodurch ein Spannungsabfall, der durch eine niedrige Temperatur der Brennstoffzelle verursacht wird, vorteilhaft eingeschränkt werden kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Wenn jedoch, wie vorstehend beschrieben, die Antriebsvorrichtung während des mit niedriger Effizienz ablaufenden Betriebs durch die Leistung der elektrischen Speichervorrichtung angetrieben wird, kommt es jedoch dadurch, dass die Brennstoffzelle und die Antriebsvorrichtung nach Beendung des mit niedriger Effizienz ablaufenden Betriebs miteinander elektrisch verbunden werden, möglicherweise dazu, dass sich der Antriebszustand der Antriebsvorrichtung plötzlich verändert, was zu einer verminderten Stabilität des Antriebszustands führt.
  • Genauer gesagt ist die Ausgangsleistungskapazität der Brennstoffzelle größer als die Leistungskapazität der elektrischen Zusatzspeichervorrichtung. Daher nimmt der Betrag der Antriebsleistung, der durch die Antriebsvorrichtung zugeführt wird, in dem Moment zu, in dem die Brennstoffzelle, die den mit niedriger Effizienz ablaufenden Betrieb beendet hat, mit der Antriebsvorrichtung verbunden wird, was zu einer unangenehm wahrgenommenen, verminderten Stabilität des Antriebszustands führt.
  • In dem Fall, in dem das vorstehend erwähnte Brennstoffzellensystem auf ein Automobil angewendet wird, besteht die Möglichkeit, dass, nachdem die Brennstoffzelle mit dem Elektromotor verbunden worden ist, das Fahrgefühl während einer Fahrt in dem Automobil aufgrund eines instabilen Fahrbetriebszustands des Automobils äußerst unangenehm ist.
  • Dementsprechend ist es eine der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Brennstoffzellensystem, das in der Lage ist, auch unmittelbar nachdem die Leistungszuführung zu einer Antriebsvorrichtung einer Brennstoffzelle gestartet worden ist, einen reibungslosen Wechsel bzw. Übergang in einem Antriebszustand zu erreichen sowie eine mobile Karosserie zu schaffen.
  • Zu diesem Zweck ist ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Leistungszuführquelle, die der Antriebsvorrichtung eine Leistung zuführt, gegen Ende des mit niedriger Effizienz ablaufenden Fahrbetriebs verändert wird, ein Antriebsleistungsbetrag, der an die Antriebsvorrichtung gerichtet ist, eingeschränkt bzw. verringert wird.
  • Bei der vorstehend erwähnten Konfiguration wird, wenn die Leistungszuführung zur Antriebsvorrichtung von einer neuen Leistungszuführquelle aus gestartet wird, der Antriebsleistungsbetrag für die Antriebsvorrichtung eingeschränkt bzw. verringert, wodurch verhindert werden kann, dass der Antriebszustand der Antriebsvorrichtung wegen eines plötzlichen Anstiegs des Antriebsleistungsbetrags aufgrund eines plötzlichen Anstiegs der zugeführten Leistung instabil wird.
  • Der Begriff „einschränken" steht hier für die Abgabe eines Antriebsleistungsbetrags, der einen geringeren Wert aufweist als in einem Fall, in dem keine Einschränkung ausgeübt wird, und kann eine bei einer Veränderungsrate erfolgende Veränderung eines Antriebsleistungsbetrags beinhalten, der geringer ist als die in dem Fall, in dem keine Einschränkung ausgeübt wird. Insbesondere steht der Begriff „einschränken" dafür, dass ein Antriebsleistungsbetrag einem uneingeschränkten Wert genähert wird, indem ein eingeschränkter Betrag allmählich bzw. graduell verringert wird, nachdem der Antriebsleistungsbetrag eines Wert ausgegeben worden ist, der geringer ist als in dem Fall, in dem keine Einschränkung ausgeübt wird.
  • Ferner beinhaltet der Begriff „eine Leistungszuführquelle verändern" einen Fall, in dem, anstatt einer Leistungszuführung von einer oder mehreren speziellen Leistungszuführquellen, eine Leistung von einer oder mehreren anderen Leistungszuführquellen zugeführt wird, oder einen Fall, in dem, zusätzlich zu einer oder mehreren speziellen Leistungszuführquellen, eine Leistung von einer oder mehreren anderen Leistungszuführquellen zugeführt wird.
  • Insbesondere ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Leistungszuführquellen-Auswähleinrichtung versehen ist, die eine Leistungszu führquelle auswählt, die der Antriebsvorrichtung eine Leistung zuführt, einer Berechnungseinrichtung für einen gerichteten bzw. vorgesehenen Antriebsleistungsbetrag, die auf Basis der Leistung, die durch die ausgewählte Leistungszuführquelle zugeführt wird, den Antriebsleistungsbetrag berechnet, der an die Antriebsvorrichtung zu richten ist, und einer Einschränkungseinrichtung, die einen gerichteten Antriebsleistungsbetrag einschränkt.
  • Mit der vorstehend angeführten Konfiguration kann eine Leistungszuführquelle, die der Antriebsvorrichtung eine Leistung zuführt, ausgewählt werden, so dass der Betrag der Leistung, der entsprechend der Art und der Anzahl der Leistungszuführquellen, die Teil der Leistungszuführung sind, zugeführt wird, jeweils unterschiedlich ist und der Antriebsleistungsbetrag, der an die Antriebsvorrichtung zu richten ist, dementsprechend zu verändern ist; die Einschränkungseinrichtung nimmt jedoch eine Einschränkung eines berechnenden Antriebsleistungsbetrag vor, d. h. sie stellt einen niedrigen Initialwert für den Antriebsleistungsbetrag ein und erhöht dann den Wert allmählich, wodurch verhindert werden kann, dass der Antriebszustand der Antriebsvorrichtung aufgrund einer plötzlichen Veränderung des Antriebszustands instabil wird.
  • Insbesondere handelt es sich bei der vorstehend angeführten Mehrzahl von Leistungszuführquellen um eine Brennstoffzelle und eine elektrische Speichervorrichtung, und wenn zusätzlich zu der durch die elektrische Speichervorrichtung zugeführten Leistung eine Leistung von der Brennstoffzelle zugeführt wird, wird der Antriebsleistungsbetrag, der an die Antriebsvorrichtung zu richten ist, nachdem die Leistung von der Brennstoffzelle zugeführt worden ist, eingeschränkt.
  • Gemäß der vorstehend erwähnten Konstruktion, wird auch in einem Fall, in dem eine Leistung von einer eine relativ hohe Leistungsabgabe aufweisenden Brennstoffzelle zusätzlich zu der Leistung zugeführt werden kann, die der Antriebsvorrichtung von der elektrischen Speichervorrichtung zugeführt werden soll, der Antriebsleistungsbetrag, der an die Antriebsvorrichtung zu richten ist, eingeschränkt und von einem niedrigen Wert ausgehend allmählich verändert. Dadurch kann verhindert werden, dass der Antriebszustand der Antriebsvorrichtung instabil wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann in dem Fall, in dem eine Leistung von einer Brennstoffzelle während einer mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne zugeführt wird, während der eine Leistung von der elektrischen Speichervorrichtung zugeführt wird, der an die Antriebsvorrichtung gerichtete Antriebsleistungsbetrag eingeschränkt werden.
  • Mit der vorstehend erwähnten Konfiguration wird selbst in dem Fall, in dem eine Leistungszuführung von der Brennstoffzelle in einem Zustand, wie z. B. einem mit niedriger Effizienz ablaufenden Betriebsmodus, ermöglicht wird, in dem eine Leistung nur von der elektrischen Speichervorrichtung zugeführt wird und in dem der Antriebsvorrichtung im Wesentlichen keine Leistung von der Brennstoffzelle zugeführt wird, der Antriebsleistungsbetrag für die Antriebsvorrichtung eingeschränkt, wodurch verhindert werden kann, dass der Antriebszustand der Antriebsvorrichtung instabil wird.
  • Hier sorgt die vorstehend erwähnte Einschränkungseinrichtung, nachdem mit einer Leistungserzeugung von einer Brennstoffzelle begonnen worden ist, für eine Einschränkung eines Soll-Systemleistungsbetrags als der Faktor, der den gerichteten Antriebsleistungsbetrag verändert.
  • Mit der vorstehend erwähnten Konfiguration kann in dem Fall, in dem der gerichtete Antriebsleistungsbetrag auf Basis eines Soll-Systemleistungsbetrags (Leistung) berechnet wird, eine Veränderung des gerichteten Antriebsleistungsbetrags dadurch unauffälliger erfolgen, indem die Soll-Systemleistung eingeschränkt wird.
  • Die vorstehend erwähnte Einschränkungseinrichtung sorgt für eine Einschränkung einer stöchiometrischen Kennlinie, die die Beziehung zwischen einer Gasströmungsmenge und eines zulässigen Leistungsbetrags der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle definiert, der in Bezug auf die Gasströmungsmenge zugelassen sein sollte, nachdem mit die Leistungserzeugung von der Brennstoffzelle begonnen worden ist, und zwar als ein Faktor zur Veränderung eines gerichteten Antriebsleistungsbetrags.
  • Gemäß der vorstehend erwähnten Konfiguration kann in dem Fall, in dem der gerichtete Antriebsleistungsbetrag auf Basis der stöchiometrischen Kennlinie berechnet wird, eine Veränderung des gerichteten Antriebsleistungsbetrags unauffälliger erfolgen, indem die stöchiometrische Kennlinie eingeschränkt wird.
  • Als eine weitere spezifische Konfiguration ist ein Hybrid-Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Antriebsdrehmoment-Berechnungseinrichtung versehen, die ein für die Antriebsvorrichtung erforderliches Drehmoment gemäß einem Antriebsanforderungssignal berechnet, einer Soll-Antriebsleistungs-Berechnungseinrichtung, die einen Soll-Antriebsleistungsbetrag basierend auf dem Drehmoment berechnet, einer Zusatzvorrichtungsverlustleistungs-Berechnungseinrichtung, die einen Zusatzvorrichtungsverlustbetrag berechnet, einer Soll-Systemleistungs-Berechnungseinrichtung, die einen Soll-Systemleistungsbetrag auf Basis des Soll-Antriebsleistungsbetrags und des Zusatzvorrichtungsverlustes berechnet, einer Gaszuführmengen-Richteinrichtung, die eine gerichtete bzw. vorgesehene Gaszuführmenge an die Brennstoffzelle auf Basis des Soll-Systemleistungsbetrags abgibt, einer Spezifizierungseinrichtung für eine zulässige Brennstoffzellenerzeugungsleistung, die den Betrag der Leistung spezifiziert, die durch die Brennstoffzelle erzeugt werden darf und die für die Brennstoffzelle auf Basis der Strömungsmenge eines Gases zulässig ist, die tatsächlich gemäß der gerichteten Gaszuführmenge zugeführt wird, einer Minimalwert-Auswähleinrichtung, die den Soll-Systemleistungsbetrag oder den zulässigen Brennstoffzellenerzeugungsbetrag abgibt, je nach dem, welcher Betrag geringer ist, und einer Berechnungseinrichtung für eine zulässige Antriebsleistung, die einen zulässigen Antriebsleistungsbetrag, der für die Antriebsleistung zugelassen wird, auf Basis des ausgewählten Leistungsbetrags und eines Leistungsbetrags, der von der elektrischen Speichervorrichtung zugeführt werden kann, berechnet. In dem Fall, in dem ein Antriebsanforderungssignal während der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne, in der eine Leistung von der elektrischen Speichervorrichtung zugeführt wird, eingegeben wird, wird der zulässige Antriebsleistungsbetrag, der für die Antriebsvorrichtung zugelassen ist, eingeschränkt, nachdem mit der Leistungserzeugung von der Brennstoffzelle begonnen worden ist.
  • Die vorstehend erwähnte Konfiguration kann ferner eine Soll-Antriebsleistungs-Einschränkungseinrichtung beinhalten, die den Soll-Antriebsleistungsbetrag in der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne auf einen Wert einschränkt, der eine Differenz kaum übersteigt, die erhalten wird, indem der Zusatzvorrichtungsverlust von einem Leistungsbetrag abgezogen wird, der von der elektrischen Speichervorrichtung, zugeführt werden kann, ungeachtet der Größe eines Soll-Antriebsleistungsbetrags basierend auf dem Antriebsanforderungssignal.
  • Die vorstehend erwähnte Konfiguration kann ferner eine Soll-Systemleistungs-Einschränkungseinrichtung beinhalten, die den Soll-Systemleistungsbetrag einschränkt, nachdem mit der Leistungserzeugung von der Brennstoffzelle begonnen worden ist.
  • Die vorstehend erwähnte Konfiguration kann ferner eine Stöchiometrie-Veränderungseinrichtung beinhalten, die eine stöchiometrische Kennlinie hält, die die Beziehung zwischen einer Gasströmungsmenge und einem zulässigen Brennstoffzellen-Erzeugungsleistungsbetrag definiert, der in Bezug auf die Gasströmungsmenge zugelassen ist, und die durch die Einrichtung zum Spezifieren einer zulässigen Brennstoffzelle-Erzeugungsleistung herangezogen wird, um den Betrag der Leistung zu bestimmen, die durch die Brennstoffzelle erzeugt werden darf, und welche die stöchiometrische Kennlinie einschränkt, die herangezogen wird, nachdem mit der Leistungserzeugung von der Brennstoffzelle gestartet worden ist.
  • Ferner handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung auch um eine mobile Karosserie, die mit einem beliebigen der vorstehend beschriebenen Hybrid-Brennstoffzellensysteme ausgestattet ist. Hierbei versteht man unter der Bezeichnung „eine mobile Karosserie" ein Objekt, das so konstruiert ist, dass es durch eine Antriebsvorrichtung mobilisiert bzw. in Bewegung versetzt werden kann, und der Begriff beinhaltet ein Fahrzeug, das als Antriebsvorrichtung einen Elektromotor aufweist und sich auf Rädern fortbewegt, und zudem versteht man darunter ein Objekt, das sich bewegt, indem die durch die Antriebsvorrichtung erzeugte Leistung in eine Fahrantriebsleistung umgewandelt wird. Der Begriff der mobilen Karosserie beinhaltet in diesem Zusammenhang sich auf dem Wasser fortbewegende Seefahrzeuge, sich im Wasser fortbewe gende, tauchfähige Seefahrzeuge, sich in der Luft fortbewegende Luftfahrzeuge und sich im Weltraum fortbewegende Raumschiffe.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • 1 zeigt ein Blockdiagramm, in dem das Prinzip der vorliegenden Erfindung erläutert wird.
  • 2 zeigt ein Systemkonfigurationsdiagramm eines Hybrid-Brennstoffzellensystems gemäß einer ersten Ausführungsform.
  • 3 zeigt ein funktionelles Blockdiagramm der ersten Ausführungsform.
  • 4 zeigt ein erläuterndes Diagramm einer I-V-Kennlinie und eines Betriebspunkts einer Brennstoffzelle.
  • 5 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer zulässigen Batterieleistung und einer eingeschränkten Soll-Elektromotorleistung veranschaulicht.
  • 6 zeigt ein Diagramm, das Übergänge von einer Soll-Elektromotorleistung vor deren Einschränkung und einer eingeschränkten Soll-Elektromotorleistung während einer mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne darstellt.
  • 7 zeigt ein Diagramm, das einen Übergang einer eingeschränkten Soll-Systemleistung während der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne und unmittelbar im Anschluss an die mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne darstellt.
  • 8 zeigt ein funktionelles Blockdiagramm, das eine zweite Ausführungsform darstellt.
  • 9 zeigt ein Diagramm, dass eine stöchiometrische Kennlinie für einen normalen Antrieb und eine stöchiometrische Entlastungskennlinie darstellt.
  • 10 zeigt ein Diagramm, dass einen Übergang einer „entspannten" bzw. entsprechend angepassten zulässigen Brennstoffzellenleistung während der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne und unmittelbar im Anschluss an die mit niedriger Effizienz ablaufende Antriebszeitspanne darstellt.
  • Beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
  • Im nachstehenden erfolgt eine Erläuterung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
  • (Erläuterung des Prinzips)
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Prinzip erläutert.
  • Wie in 1 dargestellt, ist ein Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Mehrzahl von (n Stücken) von Leistungszuführquellen 11, 12, ..., und in ausgestattet, die jeweils so konstruiert sind, dass sie in der Lage sind, einer Antriebsvorrichtung 21 eine Leistung zuführen zu können. Eine Brennstoffzelle und eine elektrische Speichervorrichtung, bei der es sich um eine Zusatzleistungsquelle handelt, können beispielsweise als Leistungszuführquellen dienen. Wie in 1 dargestellt, kann es sich bei einer Leistungszuführquelle 1 um eine Brennstoffzelle und bei einer Leistungszuführquelle 2 um eine elektrische Speichervorrichtung handeln. Der Anzahl der Leistungszuführquellen sind keine Beschränkungen auferlegt, und der Antriebsvorrichtung 21 kann aus drei oder mehr Leistungszuführquellen Leistung zugeführt werden.
  • Die Antriebsvorrichtung 21 ist eine Vorrichtung, die eine Leistung verbraucht, die von einer oder mehreren Leistungszuführquellen zugeführt wird, und kann als eine Verbrauchsvorrichtung bezeichnet werden. Die Antriebsvorrichtung 21 arbeitet anhand eines Antriebsleistungsbetrags, der auf einem gerichteten Antriebsleistungsbetrag basiert, bei dem es sich um eine steuerbare Größe handelt. Insbesondere ist die Antriebsvorrichtung 21 so konstruiert, dass sie eine Leistung basierend auf einem gerichteten Antriebsleistungsbetrag ungeachtete der Größe bzw. des Umfangs des von einer Leistungszuführquelle zugeführten Leistungsbetrags verbraucht. In dem Fall, in dem das Brennstoffzellensystem auf ein Automobil angewendet wird, kann als die Antriebsvorrichtung 21 ein Fahrzeugfahrmotor oder eine weitere Zusatzvorrichtung verwendet werden.
  • Ferner ist das Brennstoffzellensystem mit einer Leistungszuführquellen-Auswähleinrichtung 20, einer Berechnungseinrichtung 22 für einen gerichteten Antriebsleistungsbetrag und einer Einschränkungseinrichtung 23 oder 24 ausgestattet. Diese Einrichtungen sind in der Hauptsache Funktionsblöcke, die durch eine Computervorrichtung funktionell implementiert werden, die ein Softwareprogramm zum Implementieren eines Verfahrens zur Leistungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung ausführt.
  • Die Leistungszuführquellen-Auswähleinrichtung 20 ist ein Funktionsblock, der Leistungszuführquellen, die der Antriebsvorrichtung 21 Leistung zuführen, aus einer Mehrzahl von Leistungszuführquellen 1x (1 < x < n) auswählt. Die Auswahl einer Mehrzahl von Leistungszuführquellen kann zeitgleich erfolgen. In einem System, in dem der Antriebsvorrichtung 21 eine Leistung von einer Leistungszuführquelle über einen dazwischengeschalteten Wandler oder Wechselrichter bzw. Inverter zugeführt wird, entspricht der Wandler oder Wechselrichter, der durch den vorstehenden Computer gesteuert wird, einem Teil der Leistungszuführquellen-Auswähleinrichtung 20. Ein Maximalwert einer Gesamtleistung Ptotal von einer Leistungszuführquelle, die Leistung zuführen darf, kann der Antriebsvorrichtung 21 von der Leistungszuführquellen-Auswähleinrichtung 20 zugeführt werden. Ein Ist-Antriebsleistungsbetrag der Antriebsvorrichtung 21 ist jedoch durch den gerichteten Antriebsleistungsbetrag begrenzt.
  • Bei einer Berechnungseinrichtung 22 für einen gerichteten Antriebsleistungsbetrag handelt es sich um einen Funktionsblock, der einen Antriebsleistungsbetrag, der an die Antriebsvorrichtung 21 zu richten ist, auf Basis von einem oder mehreren erhaltenen Erfassungswerten S1, S2, ..., Sn berechnet, die den Betriebszustand des Brennstoffzellensystems beeinflussen. Unter Berechnungselementen versteht man Erfassungssignale, die von Sensoren zugeführt werden, und Steuersignale oder Zustandssignale, die von einer anderen Computervorrichtung zugeführt werden.
  • Bei der Einschränkungseinrichtung 23 oder 24 handelt es sich um einen Funktionsblock, der den gerichteten Antriebsleistungsbetrag einschränkt. Die Einschränkungseinrichtung 23 dient dazu, eine plötzliche bzw. schlagartig auftretende Veränderung des Antriebsleistungsbetrags zu entspannen bzw. entsprechend anzupassen, in dem ein Antriebsleistungsbetrags eingeschränkt wird. Wenn beispielsweise die Leistungszuführquellen-Auswähleinrichtung 20 die Leistungszuführquelle 1x, die der Antriebsvorrichtung 21 eine Leistung zuführt, verändert, wird eine Antriebsleistungsbetrag spezifiziert, der geringer als ein Antriebsleistungsbetrag basierend auf der Gesamtleistung Ptotal ist, indem eine Begrenzung in Bezug auf eine Veränderung des Antriebsleistungsbetrags hinzugefügt wird, anstatt einen Antriebsleistungsbetrag basierend auf der Gesamtleistung Ptotal zu spezifizieren, der von der neuen Leistungszuführquelle 1x zugeführt werden kann, und der Antriebsleistungsbetrag steigt linear an. Ein Antriebsleistungsbetrag, der, unmittelbar bevor die Leistungszuführquelle 1x verändert wird, spezifiziert wird, wird vorzugsweise unauffällig bzw. unmerklich verändert, um ein reibungsloses Fortbestehen von Antriebsleistungsbeträgen sicherzustellen, die vor und nach der Veränderung der Leistungszuführquelle spezifiziert werden, und um eine lineare Veränderung des Antriebsleistungsbetrags sicherzustellen, nachdem die Leistungszuführquelle verändert worden ist. Die Einschränkungseinrichtung 23 oder 24 bewirkt, dass der Antriebsleistungsbetrag, der an die Antriebsvorrichtung 21 abgegeben werden soll, einem Antriebsleistungsbetrag basierend auf der Gesamtleistung Ptotal über einen bestimmten Zeitraum hinweg folgt (sich diesem annähert). In anderen Worten kann von der Einschränkungseinrichtung 23 oder 24 behauptet werden, dass sie eine Funktion ist, die einen bedeutenden Einschränkungsbetrag unmittelbar nach einer Veränderung einer Leis tungszuführquelle hinzufügt, um einen Einschränkungsbetrag mit Ablauf einer Zeit zu reduzieren.
  • Die vorstehende beschriebene Einschränkungseinrichtung kann in einer Vielzahl an Formen zu einem System ausgeführt werden. Eine Einschränkungseinrichtung kann beispielsweise auf einen Fall angewendet werden, in dem die Einschränkungseinrichtung in die Berechnungseinrichtung 22 für den gerichteten Antriebsleistungsbetrag eingebaut ist, wie dies bei der Einschränkungseinrichtung 23 dargestellt ist, oder auf einen Fall, in dem eine Einschränkungseinrichtung verwendet wird, um einen Antriebsleistungsbetrag zu manipulieren, der an die Antriebsvorrichtung 21 ausgegeben werden soll, wie bei der Einschränkungseinrichtung 24 dargestellt ist.
  • Bei der Einschränkungseinrichtung 23 handelt es sich um einen Funktionsblock zum Entspannen bzw. entsprechenden Anpassen einer Veränderung eines Antriebsleistungsbetrags, der in Bezug auf die Antriebsvorrichtung 21 spezifiziert ist, indem eine Veränderung in einem Steuerungsparameter begrenzt wird, der in dem Vorgang des Berechnens eines Antriebsleistungsbetrags auftritt. Genauer gesagt sieht die Einschränkungseinrichtung 23 die gleiche Funktion vor wie die, die durch Einbauen eines Integrationselements in ein Steuerungssystem bereitgestellt wird, indem ein Veränderungsbetrag oder eine Veränderungsrate eines Steuerparameters ohne Verwendung eines Steuerparameters, der anhand der Konfiguration einer aktualisierten Leistungszuführquelle 1x berechnet wird, begrenzt wird. Einem System entsprechend können verschiedene Arten von Steuerparametern eingestellt werden. In einem Brennstoffzellensystem, das in ein Automobil eingebaut ist, können beispielsweise ein Soll-Systemleistungsbetrag, nach dem mit der Leistungserzeugung von der Brennstoffzelle begonnen worden ist, oder eine stöchiometrische Kennlinie, die die Beziehung zwischen einer Gasströmungsmenge und einem zulässigen Brennstoffzellenerzeugungsleistungsbetrag definiert, der in Bezug auf die Gasströmungsmenge zugelassen ist, die einzuschränkenden Steuerparameter darstellen; natürlich unterliegen die Steuerparameter in diesem Fall aber keinerlei Begrenzungen.
  • Bei der Einschränkungseinrichtung 24 handelt es sich um einen Funktionsblock, der eine Veränderung eines Antriebsleistungsbetrags entspannt, indem ein Antriebsleistungsbetrag, der an die Antriebsvorrichtung 21 zu richten ist, direkt manipuliert wird. Indem einem Antriebsleistungsbetrag, der durch die Berechnungseinrichtung 22 für den gerichteten Antriebsleistungsbetrag abgegeben wird, oder einer Veränderungsrate des Antriebsleistungsbetrags eine Einschränkung beigefügt wird, kann die Einschränkungseinrichtung 24 die gleiche Funktion bereitstellen wie die, die durch Einbauen eines Integrationselements in das Steuersystem bereitgestellt wird.
  • Wie aus der vorstehenden Erläuterung des erfinderischen Prinzips hervorgeht, wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Bereitstellung der Einschränkungseinrichtung eine plötzliche Veränderung in einer Steuergröße eingeschränkt, und ein Antriebsleistungsbetrag für die Antriebsvorrichtung wird allmählich bzw. graduell verändert, selbst wenn sich ein Leistungszuführungszustand verändert, wodurch verhindert werden kann, dass die Antriebsvorrichtung aufgrund einer plötzlichen Veränderung des Antriebsleistungsbetrags instabil wird.
  • Im Folgenden erfolgt eine Erläuterung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems in Bezug auf die Ausführungsformen, in denen das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung in ein Elektroauto, bei dem es sich um eine mobile Karosserie handelt, installiert ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in vielen verschiedenen Modifizierungen implementiert werden.
  • (Erste Ausführungsform)
  • Die vorliegende erste Ausführungsform bezieht sich auf ein Beispiel, bei dem eine zulässige Antriebsleistung, bei der es sich um einen Antriebsleistungsbetrag handelt, der gerichtet werden soll, indem ein Soll-Systemleistungsbetrag begrenzt wird, wie der vorstehende Steuerparameter begrenzt wird.
  • (Systemkonfiguration)
  • 2 stellt ein Systemkonfigurationsdiagramm eines auf ein Automobil angewendeten Brennstoffzellensystems in der vorliegenden Ausführungsform dar.
  • Wie in 2 dargestellt, ist das Brennstoffzellensystem mit einem Brenngas-Zuführsystem 1, einem Oxidationsgas-Zuführsystem 2, einer Brennstoffzelle 3, einem Leistungssystem 4, einer Hybridsteuerung 100 und einer Brennstoffzellensteuerung 200 ausgestattet.
  • Das Brenngaszuführsystem 1 ist ein System, das der Brennstoffzelle 3 ein Wasserstoffgas als ein Brenngas zuführt. In Bezug auf die Konfiguration des Brenngaszuführsystems 1 liegen keine Einschränkungen vor, jedoch ist das System für den Fall, dass beispielsweise ein Wasserstoffgas von einem Wasserstofftank oder einer wasserstoffspeichernden Legierung zugeführt wird, mit verschiedenen Sperrventilen, Reglern, einer Wasserstoffpumpe und dergleichen ausgestattet. Die Konfiguration des Systems kann derart sein, dass ein Wasserstoffgas aus einer Reformiereinrichtung zugeführt wird. Ein Brennstoff-Abgas bzw. Fuel-Offgas, das aus der Brennstoffzelle 3 abgeführt wird, wird durch ein dazwischengeschaltetes Ablass-Sperrventil oder dergleichen freigegeben.
  • Das Oxidationsgaszuführsystem 2 ist ein System, das der Brennstoffzelle 3 Luft als Oxidationsgas zuführt. Das Oxidationsgas-Zuführsystem 2 unterliegt in Bezug auf seine Konfiguration keinen Einschränkungen und ist beispielsweise mit einer Luftreinigungseinrichtung, einem Kompressor, einer Befeuchtungseinrichtung und dergleichen ausgestattet.
  • Die Brennstoffzelle 3 kann ein beliebiges Leistungserzeugungsverfahren übernehmen, und in Bezug auf dieses Verfahren oder die Konstruktion liegen keine speziellen Beschränkungen vor. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Brennstoffzelle 3 aus einem Stapel aus aneinander geschichteten Einzelzellen bzw. einzelnen Zellen aufgebaut. Die Einzelzelle besteht aus einer MEA (Membranelektrodenanordnung) mit zwei Elektroden, nämlich einer Anode und einer Kathode, zwischen denen eine Poly merelektrolytmembran sandwichartig angeordnet ist, und einem Separator, der die Einzelzellen voneinander trennt. Der Separator sieht eine Leitung für ein Wasserstoffgas, bei dem es sich um ein Brenngas handelt, für Luft, bei der es sich um ein Oxidationsgas handelt, und Kühlwasser vor. In der MEA weist die Anode eine Anodenkatalysatorschicht auf, die auf einer porösen Tragschicht angeordnet ist, und eine Kathode weist eine Kathodenkatalysatorschicht auf, die auf einer porösen Tragschicht angeordnet ist. Eine Brennstoffzelle ist in der Lage, eine rückwärts gerichtete Reaktion einer Wasserelektrolyse hervorzurufen; daher wird ein Wasserstoffgas, bei dem es sich um ein Brenngas handelt, von dem Brenngas-Zuführsystem 1 der Anode zugeführt, während die Luft, bei der es sich um ein Oxidationsgas handelt, von dem Oxidationsgaszuführsystem 2 der Kathode zugeführt wird. Die Brennstoffzelle 3 erzeugt eine vorbestimmte Hochspannung (z. B. etwa 500 V) zwischen einer Anodenelektrode und einer Kathodenelektrode, bei denen es sich um Ausgangsanschlüsse handelt, indem die Einzelzellen in Reihe geschaltet werden, und führt die erzeugte vorbestimmte Hochspannung dem Leistungssystem 4 zu.
  • Darüber hinaus ist die Brennstoffzelle 3, obwohl dies in der Figur nicht gezeigt ist, mit einem Kühlsystem versehen, das der Brennstoffzelle 3 über einen Kreislauf ein Kühlmittel zuführt.
  • Das Leistungssystem 4 ist mit einem Gleichstromwandler 40, einer Batterie 41, einem Batteriecomputer 42, einem Zugkraft-Wechselrichter 43, einem Fahrmotor 44, einem Zusatzwechselrichter 45, einem Zusatzelektromotor 46, einem Spannungssensor 47, einem Stromsensor 48 und Rädern 50 ausgestattet. Das Leistungssystem 4 weist keine Einschränkungen in Bezug auf das Verbindungsverfahren oder seine Komponenten auf und kann beliebig konstruiert werden, solange es als Brennstoffzellensystem in der Lage ist, Leistung zuzuführen.
  • Bei dem Gleichstromwandler 40 handelt es sich um eine Vorrichtung, die zwischen unterschiedlichen Zuführspannungssystemen eine Leistung austauscht. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Spannung (z. B. 500 V) von einer Primärzelle (der Brennstoffzelle 3) auf eine Spannung (z. B. 200 V) von einer Sekundärzelle (der Batterie 41) heruntertransformiert, oder eine Spannung der Sekundärzelle wird auf eine Spannung der Primärzelle aufwärtstransformiert. Der Gleichstromwandler 40 weist beispielsweise eine Schaltkreiskonfiguration als ein dreiphasiger Brückenwandler auf. Der dreiphasige Brückenwandler ist beispielsweise aus einem Schaltelement, wie z. B. einem IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode), und einem Induktor aufgebaut und kombiniert einen Schaltungsabschnitt ähnlich einem Wechselrichter, der eine eingegebene Gleichspannung vorübergehend in eine Wechselstromspannung umwandelt, und mit einem Abschnitt, der die Wechselstromspannung wieder zu einer andersartigen Gleichstromspannung gleichrichtet. Ferner nimmt der Gleichstromwandler 40 eine sinuswellenförmige Veränderung einer Ausgangsspannung der Primärzelle auf der Basis eines Steuersignals Sconv anhand der Hybridsteuerung 100 vor, wodurch ermöglicht wird, einen Sinuswelle zum Messen einer Wechselstromimpedanz auf eine Leistungsquelle zu legen.
  • Die Batterie 41 entspricht in der vorliegenden Erfindung einer elektrischen Speichervorrichtung. Die Batterie 41 besteht aus mehreren Stapeln von Batteriemodulen aus beispielsweise Nickelhydrid oder dergleichen und ist in der Lage, eine Leistung bei einer vorbestimmten Spannung (z. B. 200 V) zuzuführen oder eine überschüssige Leistung zu laden. Insbesondere wird in dem Hybrid-Brennstoffzellensystem, wenn eine elektrische Soll-Systemleistung (Leistung), die in dem System notwendig ist, eine elektrische Leistung (Leistung), die aus der Brennstoffzelle 3 ausgegeben werden kann, übersteigt, das Leistungsdefizit durch die Batterie 41 überbrückt. Wenn ferner ein Elektroauto verlangsamt wird und der Fahrmotor 44 eine regenerative Leistung erzeugt, oder wenn der Betrag der erzeugten Leistung der Brennstoffzelle 3 eine Soll-Systemleistung übertrifft, wodurch ein Leistungsüberschuss bereitgestellt wird, kann die Regenerativleistung oder die überschüssige Leistung geladen werden.
  • Der Batteriecomputer 42 ist mit einem Ausgangsanschluss der Batterie 41 verbunden und so konstruiert, dass eine Steuerung zur Beibehaltung der Ladezustands (SOC) der Batterie 41 in einem angemessenen Bereich ermöglicht werden kann. Eine Entladung erfolgt beispielsweise, um eine Leistung zuzuführen, um ein Leistungsdefizit in einem Hochlastmodus bei Beschleunigung oder dergleichen zu überbrücken, während eine durch regeneratives Bremsen erzeugte Regenerativleistung bei Verlangsamung des Fahrzeugs geladen wird. Der Batteriecomputer 42 erfasst eine Spannung, eine Temperatur, einen Strom, eine atmosphärische Temperatur und dergleichen einer jeweiligen Einzelzelle, aus denen die Batterie 41 besteht, integriert eine Entladungs-/Ladungsmenge der Batterie 41 und gibt das Ergebnis in Form eines Erfassungssignals SSOC aus, das der Hybridsteuerung 100 einen Ladezustand anzeigt.
  • Der Zugkraft-Wechselrichter bzw. -Inverter 43 ist mit einer Schaltkreiskonfiguration eines Spannungs-PWM-Inverters ausgestattet, der ein Schaltelement, wie z. B. einen IGBT, aufweist, und wandelt einen von der Primärzelle des Leistungssystems 4 zugeführten Gleichstrom auf Basis eines spezifizierten Drehmomentwerts, der von der Hybridsteuerung 400 zugeführt wird, in einen dreiphasigen Wechselstrom einer vorbestimmten Amplitude um und führt zum Zeitpunkt der Beschleunigung den erhaltenen dreiphasigen Wechselstrom dem Fahrmotor 44 um, bei dem es sich um die Hauptantriebsmaschine handelt. Ferner kann zum Zeitpunkt der Verlangsamung eine dreiphasige regenerative Wechselstromleistung, die vom Fahrmotor 44 bereitgestellt wird, in einen dieser entsprechenden Gleichstrom umgewandelt und dann der Batterie 41 zugeführt werden.
  • Bei dem Fahrmotor 44 handelt es sich um einen sogenannten Wechselstrom-Synchronmotor, der in der Lage ist, ein Drehmoment basierend auf einem Gleichstrom zu erzeugen, der als eine dreiphasige Wechselstromleistung von dem Zugkraft-Wechselrichter 43 zum Zeitpunkt der Beschleunigung zugeführt wird, und das erzeugte Drehmoment in eine Drehenergie der Räder 50 umzuwandeln. Zum Zeitpunkt der Verlangsamung wird das Drehmoment der Räder 50 in elektrische Energie umgewandelt, so dass eine regenerative Leistung erzeugt wird, um dadurch eine regenerative Bremskraft auf die Räder 50 zu übertragen.
  • Der Zusatzwechselrichter 45 bewirkt, dass anhand der Gleichstromleistung der Sekundärzelle des Gleichstromwandlers 40 eine Wechselstromleistung erzeugt wird, und führt die erzeugte Wechselstromleistung dem Zusatzelektromotor 46 zu. Der Zusatzelektromotor 46 stellt eine Zusatzvorrichtung dar, die durch eine Zuführspannung eines Niederspannungssystems der Sekundärzelle des Gleichstromwandlers 40 angetrieben wird. Der Zusatzelektromotor 46 kann beispielsweise eine Wasserstoffpumpe, die ein Brenngas zuführt, oder ein Kompressor, der ein Oxidationsgas zuführt, oder eine Kühlpumpe sein, die ein Kühlmittel zirkuliert.
  • Ein Spannungssensor 47 erfasst eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 3 und gibt die erfasste Ausgangsspannung als ein Erfassungssignal SV aus. Der Stromsensor 48 erfasst einen Ausgangsstrom der Brennstoffzelle und gibt den erfassten Ausgangsstrom als ein Erfassungssignal SI aus. Diese erfasste Spannung und der erfasste Strom werden verwendet, um die Impedanz der Brennstoffzelle 3 zu messen und die Menge eines einbehaltenen Wassers zu erfassen.
  • Bei der Hybridsteuerung 100 handelt es sich um ein allgemein bekanntes Computersystem, wie z. B. eine ECU (elektronische Steuereinheit), die mit einer CPU (zentralen Verarbeitungseinheit), einem RAM, einem ROM und einer Schnittstellenschaltung, die hier nicht dargestellt sind, ausgestattet ist. Die CPU führt die Softwareprogramme, die im ROM oder dergleichen gespeichert sind, nacheinander aus, um dadurch eine Hybridsteuerung basierend auf der kombinierten Verwendung der Leistung der Brennstoffzelle 3 und der Leistung der Batterie 4 zu ermöglichen.
  • Die Hybridsteuerung 100 empfängt verschiedene Arten von Erfassungssignalen zum Messen eines Betriebszustands und eines Fahrbetriebszustands des Elektroautos anhand einer Mehrzahl von Sensoren, die nicht dargestellt sind. Der Betriebszustand eines Fahr-(Gas-)-pedals, das durch den Fahrer betätigt wird, wird durch einen Fahr-(Gas-)-pedalpositions-Sensor, der hier nicht dargestellt ist, erfasst und als ein Fahr-(Gas-)-pedalpositions-Signal Sa eingegeben. Ferner wird die Schaltposition eines Schalthebels durch einen Schaltpositionssensor erfasst und als ein Schaltpositionssignal Ss eingegeben. Ferner wird die Drehzahl des Fahrmotors 44 durch einen Raddrehzahlsensor, der für die Räder 50 vorgesehen ist, erfasst und als ein Raddrehzahlsignal Sr eingegeben.
  • Die Brennstoffzellensteuerung 200 ist ein Computersystem, das von der Hybridsteuerung 100 unabhängig und in der Lage ist, den Antriebsleistungsbetrag des Brenngaszuführsystems 1 relativ zur Wasserstoffpumpe und die Öffnung/Schließung der Ventile oder dergleichen zu steuern, so dass der Betriebszustand der Brennstoffzelle 3 gesteuert wird. Ferner zeigt die Brennstoffzellensteuerung 200 die Drehzahl eines Kompressors des Oxidationgaszuführsystems 2 an und ist in der Lage, die Zuführmenge eines Oxidationsgases zu steuern.
  • Die vorliegende Ausführungsform weist die Konfiguration auf, bei der die Hybridsteuerung 100, die den Hybridsteuerungsbetrieb ausführt, und die Brennstoffzellensteuerung 200, die die Brennstoffzelle steuert, ihre Steuerungsbetriebe unabhängig voneinander steuern, jedoch ist die Steuerungskonfiguration nicht darauf beschränkt. Alternativ kann das gesamt System in Form einer einzigen Steuerung arbeiten, oder eine ähnliche Steuerung kann durch eine wechselseitige Kommunikation unter weiteren, abgeteilten Computersystemen erreicht werden.
  • (Konfigurationen der Funktionsblöcke)
  • 3 stellt Funktionsblöcke dar, die durch die Hybridsteuerung 100 und die Brennstoffzellensteuerung 200 implementiert sind.
  • Wie in 3 gezeigt, ist die Hybridsteuerung 100 als ein Funktionsblock mit einer Motordrehmoment-Berechnungseinrichtung 101, einer Soll-Motorleistungs-Berechnungseinrichtung 102, einer Soll-Motorleistungs-Einschränkungseinrichtung 103, einer Zusatzvorrichtungsverlustleistungs-Berechnungseinrichtung 104, einer Soll-Systemleistungs-Berechnungseinrichtung 105, einer Soll-Systemleistungs-Einschränkungseinrichtung 106, einer Soll-Brennstoffzellenleistungs-Berechnungseinrichtung 110, einer Minimalwert-Auswähleinrichtung 111, einer Berechnungseinrichtung 112 für einen zulässigen Brennstoffzellenstrom, einer Einrichtung 113 zum Richten bzw. Vorsehen eines Brennstoffzellenstroms, einer Brennstoffzellenspannungs-Spezifizierungseinrichtung 114, einer Berechnungseinrichtung 116 für eine zulässige Antriebsleistung, einer Berech nungseinrichtung 117 für eine zulässige Batterieleistung und einer Einrichtung 118 zum Richten bzw. Vorsehen eines Drehmoments ausgestattet. Die Brennstoffzellensteuerung 200 ist mit einer Luftströmungs-Richt- bzw. Vorsehungseinrichtung 201, einer Kompressordrehzahl-Richt- bzw. Vorsehungsreinrichtung 202 und einer Spezifizierungseinrichtung 203 zum Erzeugen einer zulässigen Brennstoffzellenerzeugungsleistung ausgestattet.
  • Bei der Hybridsteuerung 100 handelt es sich bei der Motordrehmoment-Berechnungseinrichtung 101 um einen Funktionsblock, der das Fahr-(Gas-)-pedalpositions-Signal Sa und das Schaltpositionssignal Ss empfängt, bei denen es sich um Antriebsanforderungssignale handelt, und der dann ein für den als Antriebsvorrichtung dienenden Fahrmotor 44 angefordertes Drehmoment gemäß der Antriebsanforderung, die durch die Signale angezeigt wird, berechnet. Die Berechnungseinrichtung 102 für die Soll-Motorleistung multipliziert das berechnete Drehmoment mit der Motordrehzahl, die auf Basis des Raddrehzahlsignals Sr erfasst wird, wodurch die Soll-Motorleistung Mr berechnet wird, bei der es sich um den Soll-Antriebsleistungsbetrag handelt.
  • Bei der Einrichtung 103 zum Einschränken der Soll-Motorleistung handelt es sich um einen erfindungsgemäßen Funktionsblock, und erlegt der Soll-Motorleistung Mr eine Begrenzung auf und gibt dann eine eingeschränkte Soll-Motorleistung Mr* ab. Die Soll-Motorleistung-Einschränkungseinrichtung 103 ist ein Funktionsblock, der während einer mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne funktioniert, in der das System anhand der Leistung betrieben wird, die von der Batterie 41 zugeführt wird, und die für den Normalbetrieb nicht erforderlich ist. Darauf wird jedoch in der Beschreibung nachstehend ausführlicher eingegangen.
  • Die Zusatzvorrichtungsverlustleistungs-Berechnungseinrichtung 104 ist ein Funktionsblock, der die in dem Zusatzmotor 46 und dergleichen anfallenden Verluste summiert und dann einen Zusatzvorrichtungsverlust Ph ausgibt. Zusätzlich zu dem Verlust des Zusatzmotors 46 auftretende Verluste beinhalten die beispielsweise im Gleich stromwandler 40, dem Zugkraft-Wechselrichter 43 und dem Zusatzwechselrichter 45 auftretenden Verluste.
  • Bei der Soll-Systemleistungs-Berechnungseinrichtung 105 handelt es sich um einen Funktionsblock, der die Soll-Systemleistung Pr auf Basis der Soll-Motorleistung Mr (oder der eingeschränkten Soll-Motorleistung Mr*) und des Zusatzvorrichtungsverlustes Ph berechnet. Einfach ausgedrückt, werden die Soll-Motorleistung Mr (oder die eingeschränkte Soll-Motorleistung Mr*) und der Zusatzvorrichtungsverlust Ph zusammengezählt. Unter einer Soll-Systemleistung Pr ist ein Soll-Leistungsbetrag zu verstehen, der aktuell vom gesamten Brennstoffzellensystem angefordert wird.
  • Die Soll-Systemleistungs-Einschränkungseinrichtung 106 entspricht in der vorliegenden Erfindung einer Einschränkungseinrichtung, und es handelt sich dabei um einen Funktionsblock, der der Soll-Systemleistung Pr eine Begrenzung auferlegt und dann die eingeschränkte Soll-Systemleistung Pr* ausgibt. Nachstehend erfolgt diesbezüglich eine ausführlichere Beschreibung.
  • Die Soll-Brennstoffzellenleistungs-Berechnungseinrichtung 110 ist ein Funktionsblock, der einen Soll-Systemstrombetrag Ir, der der Brennstoffzelle 3 gegenüber spezifiziert werden sollte, auf Basis der Soll-Systemleistung Pr (oder der eingeschränkten Soll-Systemleistung Pr*) berechnet.
  • Bei der Brennstoffzellensteuerung 200 handelt es sich bei der Luftströmungsmengen-Richt- bzw. Vorsehungseinrichtung 201 um einen Funktionsblock, der eine Luftströmungsmenge zum Erzeugen eines Soll-Systemstrombetrags Ir festlegt und ausgibt. Die Kompressordrehzahl-Richt- bzw. Vorsehungseinrichtung 202 ist ein Funktionsblock, der die Drehzahl des Kompressors berechnet, die notwendig ist, um der Brennstoffzelle 3 eine gerichtete bzw. vorgesehene Luftströmungsmenge zuzuführen, und der die berechnete Drehzahl als ein Kompressordrehzahl-Richt- bzw. Vorsehungssignal CO2 an den Kompressor des Oxidationsgas-Zuführsystems abgibt. Die spezifizierte Gaszuführmenge der Brennstoffzelle 3 auf Basis der Soll-Systemleistung Pr wird durch die Luftströmungsmengen-Richteinrichtung 201 und die Kompressorumdrehzahl- Richteinrichtung 202 festgelegt. Wenngleich dies in der Figur nicht gezeigt ist, dreht sich der Luftkompressor in dem Oxidationsgas-Zuführsystem 2 bei einer gerichteten bzw. vorgesehenen Drehzahl, wodurch der Brennstoffzelle 3 Luft zugeführt wird. Eine Ist-Luftströmungsmenge wird durch eine Luftströmungsmesseinrichtung erfasst und als das Strömungserfassungssignal SQ in die Brennstoffzellensteuerung 200 eingegeben.
  • In der Brennstoffzellensteuerung 200 handelt es sich bei der Einrichtung 203 zum Spezifizieren einer zulässigen Brennstoffzellenerzeugungsleistung um einen Funktionsblock, der eine Luftströmungsmenge erfasst, die entsprechend einem Kompressordrehzahlbefehl auf Basis des Strömungserfassungssignals SQ tatsächlich zugeführt wird. Ferner wird basierend auf der Luftströmungsmenge eine zulässige Brennstoffzellenerzeugungsleistung Pafc spezifiziert, die für die Brennstoffzelle 3 zulässig ist. Dies ist darin begründet, dass Luft, die ein Oxidationsgas enthält, auch als Material für eine elektrochemische Reaktion in der Brennstoffzelle 3 dient und eine Ist-Luftströmungsmenge den Betrag der erzeugten Leistung beeinflusst. Genauer gesagt, legt die Einrichtung 203 zum Spezifizieren der zulässigen Brennstoffzellenleistung einen Strombetrag fest, der für die Brennstoffzelle 3 anhand einer Luftströmungsmenge zugelassen werden kann.
  • Bei der Hybridsteuerung 100 ist die Minimalwert-Auswähleinrichtung 111 ein Funktionsblock, der die zulässige Brennstoffzellenerzeugungsleistung Pafc und die Soll-Systemleistung Pr (oder die eingeschränkte Soll-Systemleistung Pr*), die von der Brennstoffzellensteuerung 200 eingegeben wird, miteinander vergleicht, dann einen geringeren Leistungsbetrag auswählt und den ausgewählten geringen Leistungsbetrag ausgibt. Wenn die Soll-Systemleistung Pr geringer als die zulässige Brennstoffzellenerzeugungsleistung Pafc ist, bedeutet dies, dass die Leistung, die augenblicklich benötigt wird, geringer ist als die Leistung, die in der Brennstoffzelle 3 erzeugt werden kann, so dass ein Ausgeben der Soll-Systemleistung Pr, die geringer ist, eine angemessene Maßnahme darstellt. Wenn im umgekehrten Fall die zulässige Brennstoffzellenerzeugungsleistung Pafc geringer als die Soll-Systemleistung Pr ist, bedeutet dies, dass in der Brennstoffzelle 3 weniger Leistung erzeugt werden kann, so dass eine Leistung, die tatsächlich erzeugt werden kann, auch dann zur Leistungserzeugung vorgesehen werden muss, wenn das System mehr Leistung benötigt. Somit definiert die zulässige Leistung Pafc*, die von der Minimalwert-Auswähleinrichtung 111 ausgegeben wird, den Leistungsbetrag, der zum gegenwärtigen Zeitpunkt an die Brennstoffzelle 3 zu richten ist.
  • Bei der Berechnungseinrichtung 112 für den zulässigen Brennstoffzellenstrom handelt es sich um einen Funktionsblock, der einen zulässigen Strombetrag der Brennstoffzelle entsprechend der zulässigen Leistung Pafc* berechnet. Die Brennstoffzellenstrom-Richt- bzw. Vorsehungseinrichtung 113 ist ein Funktionsblock, der einen gerichteten bzw. vorgesehenen Stromwert für die Brennstoffzelle 3 ausgibt. Die Brennstoffzellenspannungs-Richt- bzw. Vorsehungseinrichtung 114 ist ein Funktionsblock, der einen Betriebspunkt festlegt, der anhand der Soll-Systemleistung Pr (oder der eingeschränkten Systemleistung Pr*) und einer I-V-(Ausgangsstrom-Ausgangsspannungs-)Kennlinie der Brennstoffzelle 3 definiert ist, und einen Spannungswert am Betriebspunkt als ein Wandlerspannungsricht- bzw. -vorsehungssignal CVONV ausgibt. Die Brennstoffzelle 3 ermöglicht dem Betriebspunkt, durch Steuern einer Ausgangsspannung geändert zu werden, so dass ein gewünschter Ausgangsstrom der Brennstoffzelle durch Anpassen einer Primärspannung des Gleichstromwandlers 40 erhalten werden kann.
  • 4 stellt eine Beziehung zwischen einer N-Kennlinie und einem Betriebspunkt A der Brennstoffzelle dar.
  • Wie in 4 dargestellt, wird, wenn die zulässige Erzeugungsleistung Pafc, um der Brennstoffzelle zu erlauben, eine Leistung zu erzeugen, festgelegt wird, der Betriebspunkt A anhand eines Schnittpunkts einer Leistungszuführkurve und der I-V-Kennlinie festgelegt, und es werden ein Ausgangsstrom und eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle festgelegt. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Stromwert Ia, der zuerst zu richten bzw. vorzusehen ist, festgelegt, so dass eine Primärspannung Va, die für den Gleichstromwandler 40 vorzusehen ist, anhand eines Stromwerts Ia und der I-V-Kennlinie festgelegt wird.
  • In 3 wird ein gerichteter bzw. vorgesehener Stromwert für die Brennstoffzelle 3 ebenfalls an die Berechnungseinrichtung 116 für die zulässige Antriebsleistung ausgegeben. Die Berechnungseinrichtung 116 für die zulässige Antriebsleistung ist ein Funktionsblock, der eine zulässige Antriebsleistung Pd, die dem Zugkraft-Wechselrichter 43 derzeit zugeführt werden darf, auf Basis der zulässigen Batterieleistung Pb, eines gerichteten Stromwerts und der Zusatzvorrichtungsverlustleistung Ph, die von einer Berechnungseinrichtung 117 für eine zulässige Batterieleistung eingegeben wird, berechnet. Eine Drehmoment-Richt- bzw. Vorsehungseinrichtung 118 ist ein Funktionsblock, der ein Drehmoment, das am Fahrmotor 44 erzeugt werden soll, auf Basis der zulässigen Antriebsleistung Pd festlegt und das festgelegte Drehmoment als ein Drehmomentbefehlssignal CINVT an den Zugkraft-Wechselrichter 43 abgibt.
  • Die Berechnungseinrichtung 117 für eine zulässige Batterieleistung ist ein Funktionsblock, der die zulässige Batterieleistung Pb, die von der Batterie 41 ausgegeben werden kann, auf Basis des Ladezustands-Erfassungssignals SSOC berechnet, das vom Batteriecomputer 42 zugeführt wird.
  • (Konfiguration und Betrieb bezogen auf die mit niedriger Effizienz ablaufende Antriebszeitspanne)
  • Es erfolgt nun eine Beschreibung der Konfiguration bezogen auf die mit niedriger Effizienz ablaufende Antriebszeitspanne, die ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Unter der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne versteht man eine Zeitspanne, in der für die Brennstoffzelle beim Starten des Brennstoffzellensystems oder ähnlichem einen Aufwärmbetrieb notwendig ist oder andernfalls die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle hinausgezögert werden muss. Bei dieser Zeitspanne handelt es sich um eine Batterie-Fahrbetriebs-Zeitspanne, während der das Elektroauto angetrieben wird, indem Leistung von der Batterie 41 zugeführt wird.
  • In der vorliegenden Erfindung sorgt die Soll-Motorleistungs-Einschränkungseinrichtung 103 für eine angemessene Einschränkung der Soll-Motorleistung Mr. Ferner wird eine Einrichtung zum Einschränken eines Anstiegs der Leistung, die in der Erläuterung des erfinderischen Prinzips beschrieben wurde, vorgesehen, um einen plötzlichen Anstieg des Drehmoments des Fahrmotors 44 zu verhindern, wenn die Leistungserzeugung der Brennstoffzelle unmittelbar nach dem Ende der mit niedriger Effizienzablaufenden Antriebszeitspanne gestartet wird. In dieser Ausführungsform entspricht die Soll-Systemleistungs-Einschränkungseinrichtung 106 der Leistungsanstiegs-Einschränkungseinrichtung, und in der zweiten Ausführungsform wird dem durch ein Entspannen bzw. entsprechendes Anpassen der stöchiometrischen Kennlinie entsprochen, wenn die zulässige Erzeugungsleistung anhand einer Luftströmungsmenge spezifiziert wird.
  • <Einschränken der Soll-Motorleistung>
  • In 3 sorgt die Soll-Motorleistungs-Einschränkungseinrichtung 103 für die Einschränkung der Soll-Motorleistung während der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne auf nicht mehr als eine Differenz, die durch Subtrahieren des Zusatzvorrichtungsverlustes PH vom Leistungsbetrag Pb, der von der Batterie 41 zugeführt werden kann (Mr* ≤ Pb – Ph), erhalten wird, und zwar ungeachtet der Größe einer Antriebsanforderung an den Fahrmotor 44 basierend auf dem Fahr-(Gas-)-pedalpositions-Signal Sa oder dem Schaltpositionssignals SS. Die eingeschränkte Soll-Motorleistung Mr* erreicht schließlich den Wert der zulässigen Antriebsleistung Pd, die durch die Berechnungseinrichtung 116 für die zulässige Antriebsleistung berechnet wird.
  • 5 stellt die Beziehung zwischen der zulässigen Batterieleistung Pb und der eingeschränkten Soll-Motorleistung Mr* dar.
  • Wie in 5 dargestellt ist, handelt es sich bei der zulässigen Antriebsleistung Pb, die dem Fahrmotor 44 in der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne zugeführt wird, um einen Restbetrag, der durch Subtrahieren des Zusatzvorrich tungsverlustes Ph von der zulässigen Batterieleistung Pb, die durch die Batterie 41 zugeführt werden kann, erhalten wird. Wenn die Soll-Motorleistung, die in der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne tatsächlich nicht bedarfsgemäß zugeführt werden kann, wird die Leistung, die tatsächlich in Bezug auf eine spezifizierte zulässige Antriebsleistung ausgegeben werden kann, letztlich unzureichend sein. Aus diesem Grund wird der Soll-Motorleistung Mr durch die Soll-Motorleistungs-Einschränkungseinrichtung 103 eine Einschränkung auferlegt, um eine praktisch zulässige Leistung bereitzustellen.
  • 6 vergleicht einen Fall, in dem in der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne eine Soll-Motorleistung eingeschränkt wird (Mr*), und einen Fall, in dem in der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne die Soll-Motorleistung nicht eingeschränkt wird (Mr).
  • Wenn das Fahr-(Gas-)-pedal betätigt wird, wird das Fahr-(Gas-)-pedalpositions-Signal Sa, das auf dem Verstellweg des Fahr-(Gas-)-pedals basiert, eingegeben. Wenn ferner ein Schalthebel auf „R", „D" oder „B" gestellt wird, dann wird das die Schaltposition anzeigende Schaltpositionssignal Ss eingegeben. Dementsprechend wird eine Fahr-(Gas-)-pedal-Drehmomentanforderung von der Motordrehmoment-Berechnungseinrichtung 101 ausgegeben. Unabhängig von der Größe der tatsächlichen Soll-Motorleistung Mr erlegt die Soll-Motorleistungs-Einschränkungseinrichtung 103 der Soll-Motorleistung Mr gemäß der entsprechenden, in 5 dargestellten Beziehung eine Einschränkung basierend auf dem Zusatzvorrichtungsverlust Ph auf und gibt das Ergebnis als die eingeschränkte Soll-Motorleistung Mr* aus.
  • Wie in 6 gezeigt, ist in dem Fall, wo die Soll-Motorleistung Mr gering ist und der Zusatzvorrichtungsverlust Ph ebenfalls gering ist, auch der Einschränkungsbetrag gering, doch nimmt mit dem Anstieg der Soll-Motorleistung Mr das Verhältnis des Zusatzvorrichtungsverlustes Ph in Bezug auf die zulässige Batterieleistung Pb zu, und die Soll-Motorleistung wird auf die Soll-Motorleistung Mr* beschränkt, die nicht mehr als den Restbetrag beträgt, die durch Subtrahieren des Zusatzvorrichtungsverlustes Ph von der zulässigen Batterieleistung Pb erhalten wird.
  • <Einschränken der Soll-Systemleistung>
  • Wenn in 3 das Fahr-(Gas-)-pedalpositions-Signal Sa oder das Schaltpositionssignal Ss eingegeben wird, um während der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne den Antrieb des Fahrmotors 44 anzufordern, dann wird der normalen Soll-Systemleistung Pr, die durch die Soll-Systemleistungs-Berechnungseinrichtung 105 ausgegeben wird, durch die Soll-Systemleistungs-Einschränkungseinrichtung 106 eine bestimmte Einschränkung auferlegt und nicht der Wert für die normale Soll-Systemleistung Pr direkt ausgegeben, nachdem mit der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 3 begonnen worden ist. Insbesondere wird ein Wert, der geringer ist als die normale Soll-Systemleistung Pr, ausgegeben und der Wert dann allmählich erhöht, so dass er sich der normalen Soll-Systemleistung Pr nähert.
  • 7 stellt die normale Soll-Systemleistung Pr dar, die durch die Soll-Systemleistungs-Berechnungseinrichtung 105 ausgegeben wird, und die eingeschränkte Soll-Systemleistung Pr*, die durch die Soll-Systemleistungs-Einschränkungseinrichtung 106 ausgegeben wird.
  • Die normale Soll-Systemleistung Pr vor der Einschränkung entspricht dem normalerweise angeforderten Leistungsbetrag des gesamten Systems gemäß einer Betätigung des Fahr-(Gas-)-pedals oder des Schalthebels ab und während der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne. Während der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne wird jedoch die eingeschränkte Soll-Systemleistung Pr* bei einem festen Wert (null in der vorliegenden Ausführungsform) beibehalten und so gesteuert, dass sie ab dem Start der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 3 allmählich ansteigt. Die eingeschränkte Soll-Systemleistung Pr* nähert sich normalerweise der normalen Soll-Systemleistung an.
  • Die Einstellung der Veränderungskennlinie der eingeschränkten Soll-Systemleistung Pr* oder der Zeit, die notwendig ist, um sie schließlich einem Wert der normalen Soll-Systemleistung Pr zu nähern, kann willkürlich verändert werden. Ein Anstieg der eingeschränkten Soll-Systemleistung tritt schließlich in Form eines Anstiegs der zulässigen Antriebsleistung Pd in Erscheinung. Ein Anstiegsbetrag der eingeschränkten Soll-Systemleistung Pr* kann bis zu dem Maß gesteuert werden, zu dem ein Anstieg der zulässigen Antriebsleistung Pd keine plötzliche Drehmomentveränderung bewirkt, die beim Fahrzeugführer oder Fahrgast eines Elektroautos zu einem Gefühl des Unbehagens führen kann.
  • Wie in 7 dargestellt ist, kann die eingeschränkte Soll-Systemleistung Pr* ferner linear erhöht werden, obwohl diesbezüglich keine Einschränkung vorliegt. Ferner kann eine Steuerung derart durchgeführt werden, dass die der Soll-Systemleistung auferlegte Einschränkung beendet wird, wenn sich die eingeschränkte Soll-Systemleistung Pr* von der normalen Soll-Systemleistung Pr einem bestimmten Bereich nähert. Alternativ kann die der Soll-Systemleistung auferlegte Einschränkung aufgehoben werden, wenn der Betätigungszustand des Fahr-(Gas-)-pedals oder des Schalthebels verändert wird, wobei daraus eine Veränderung des Soll-Antriebsleistungsbetrags resultiert. Die der Soll-Systemleistung auferlegte Einschränkung kann in einem Bereich aufgehoben werden, wo der Fahrzeugführer oder Fahrgast eines Elektroautos aufgrund einer plötzlichen Drehmomentveränderung kein Gefühl des Unbehagens verspürt.
  • (Vorteile in der ersten Ausführungsform)
  • Die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform ermöglicht die nachstehend aufgeführten Vorteile.
    • 1) Gemäß der ersten Ausführungsform wird die Soll-Systemleistung, die die zulässige Antriebsleistung Pd beeinflusst, von dem ursprünglichen berechneten Wert Pr getrennt und in Form eines kleineren Werts als dem eingeschränkten Wert Pr* ausgegeben, und dann wird der eingeschränkte Wert Pr* allmählich erhöht, wodurch eine plötzliche Veränderung des Antriebszustands eingeschränkt werden kann.
    • 2) Gemäß der ersten Ausführungsform wird die Soll-Motorleistung innerhalb eines Leistungsbereichs angesetzt, der von der Batterie 41 in der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne ausgegeben werden kann, so dass ein vorübergehendes Drehmomentdefizit des Elektromotors in Bezug auf eine Antriebsleistungsanforderung verhindert werden kann.
    • 3) Gemäß der ersten Ausführungsform erfährt der Fahrmotor 44 keine plötzliche Drehmomentveränderung, wodurch verhindert werden kann, dass der Fahrzeugführer oder Fahrgast dadurch ein Gefühl des Unbehagens verspüren. Ferner wird die zu Beginn zu begrenzende Soll-Systemleistung allmählich so angenähert, dass ein Soll-Drehmomentbetrag durch die Steuerung zur Erlangung eines passenden graduellen bzw. allmählichen Anstiegs rasch wiedergewonnen werden kann.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Eine zweite Ausführungsform betrifft ein Beispiel, in dem eine zulässige Antriebsleistung durch Verändern einer stöchiometrischen Kennlinie eingeschränkt wird.
  • In der zweiten Ausführungsform weist ein Hybrid-Brennstoffzellensystem für ein Elektroauto die gleiche Systemkonfiguration (2) auf wie die der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform, so dass auf eine Erläuterung derselben an dieser Stelle verzichtet werden kann.
  • 8 stellt einen Funktionsblock dar, der in der zweiten Ausführungsform durch eine Hybridsteuerung 100 und eine Brennstoffzellensteuerung 200 implementiert wird.
  • Wie in 8 dargestellt ist, unterscheidet sich die zweite Ausführungsform von dem in der vorstehend angeführten ersten Ausführungsform (2) erläuterten Funktionsblock dahingehend, dass die Hybridsteuerung 100 nicht die Soll-Systemleistungs- Einschränkungseinrichtung 106 aufweist und dass die Brennstoffzellensteuerung 200 mit einer Stöchiometrie-Veränderungseinrichtung 204 als eine Einschränkungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. Die anderen Funktionsblöcke sind mit denen der ersten Ausführungsform identisch, und auf eine entsprechende Erläuterung derselben wird daher an dieser Stelle verzichtet.
  • In dem Fall, wo die Soll-Systemleistung nicht eingeschränkt wird, wird die Soll-Systemleistung Pr durch eine Minimalwert-Auswähleinrichtung 111 ausgewählt, die unangemessenerweise eine hohe zulässige Antriebsleistung Pd gegen Ende einer mit niedriger Effizienz ablaufender Antriebszeitspanne ausgibt, es sei denn, die zulässige Ist-Leistung Pafc der Brennstoffzelle, die durch eine Spezifizierungseinrichtung 203 für eine zulässige Brennstoffzellen-Erzeugungsleistung spezifiziert wird, ist extrem gering.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform wird daher eine Einschränkung derart ausgeübt, dass ein Leistungserzeugungsstrombetrag, der auf einer durch die Spezifizierungseinrichtung 203 für die zulässige Brennstoffzellenerzeugungsleistung ausgegebenen Luftströmungsmenge basiert, reduziert wird und eine Steuerung ausgeführt wird, um zu verhindern, dass in einer Anfangsstufe der Leistungserzeugung eine hohe Leistung erhalten wird. Insbesondere wird die Steuerung wie vorstehend beschrieben durch Verändern einer stöchiometrischen Kennlinie ausgeführt.
  • Die Spezifizierungseinrichtung 203 für die zulässige Brennstoffzellenerzeugungsleistung nimmt eine Schätzung der zulässigen Leistung durch Heranziehung einer stöchiometrischen Kennlinie zum Schätzen eines passenden Leistungserzeugungsstrombetrags relativ zu einer Luftströmungsmenge vor, die von einer Luftströmungsmesseinrichtung eingegeben wird. In 9 wird beispielsweise eine Umwandlungstabelle, in der die auf einen Normalbetrieb angewendete stöchiometrische Kennlinie angezeigt ist, herangezogen, um einen Strombetrag I relativ zu einer eingegebenen Luftmassenströmung Q zu spezifizieren.
  • Für den Normalbetrieb und für den Betrieb beim Schalten von der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne wird durch die Stöchiometrieveränderung seinrichtung 204 jeweils eine stöchiometrische Kennlinie, die die Beziehung zwischen einer Luftströmungsmenge und einer zulässigen Brennstoffzellenerzeugungsleistung spezifiziert, die in Bezug auf die Luftströmungsmenge zugelassen werden sollte, separat gehalten. Ferner wird ein Betriebsvorgang derart ausgeführt, dass eine für Entspannung im Antrieb bzw. eine entsprechende Anpassung sorgende stöchiometrische Kennlinie, bei der ein stöchiometrischer Verhältniskoeffizient so eingestellt ist, dass er im Vergleich zu der für den Normalbetrieb herangezogen stöchiometrischen Kennlinie relativ gering ist, für eine Weile verwendet wird, nachdem die mit niedriger Effizienz ablaufende Antriebszeitspanne auf eine normale Antriebszeitspanne umgeschaltet worden ist.
  • Wenn eine Antriebsanforderung während der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne erteilt wird, wird, wie in 9 dargestellt ist, durch die Stöchiometrieveränderungseinrichtung 204 entschieden, dass die stöchiometrische Kennlinie für den normalen Fahrbetrieb zu einer plötzlichen Veränderung der zulässigen Antriebsleistung Pd führen würde, und auf die Umwandlungstabelle umgeschaltet, die die für eine Entspannung bzw. entsprechende Anpassung sorgende stöchiometrische Kennlinie anzeigt, und diese verwendet. Solange die für eine entsprechende Anpassung sorgende stöchiometrische Kennlinie verwendet wird, wird eine Leistung, die geringer als der Wert der Leistung ist, die tatsächlich erzeugt werden kann, als die zulässige Brennstoffzellenerzeugungsleistung Pafc*, die ein geschätzter Wert ist, an die Hybridsteuerung 100 ausgegeben; daher wird die zulässige Antriebsleistung Pd, die auf Basis derselben berechnet wird, einen dementsprechend geringen Wert annehmen.
  • Nachdem die für eine entsprechende Anpassung sorgende stöchiometrische Kennlinie willkürlich eingestellt wird, orientiert sich das Ausmaß, in dem der stöchiometrische Verhältniskoeffizient verändert wird, daran, dass eine Veränderung des Betrags der erzeugten Leistung derart begrenzt wird, dass eine Veränderung des Drehmoments, die auf Basis einer stöchiometrischen Entlastungskennlinie berechnet und gerichtet bzw. vorgesehen wird, nicht bewirkt, dass ein Fahrzeugführer oder ein Fahrgast eines Elektroautos sich unbehaglich fühlt. In dem in 9 dargestellten Beispiel ist die Einstellung so vorgenommen worden, dass der stöchiometrische Verhältniskoeffizient halbiert ist. Während der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne ist es nicht erfor derlich, die zulässige Brennstoffzellenerzeugungsleistung Pafc abzugeben, so dass die zulässige Leistung während der Zeitspanne auf einen festen Wert eingestellt werden kann (also null in der vorliegenden Ausführungsform).
  • 10 stellt die Beziehung zwischen der zulässigen Brennstoffzellenerzeugungsleistung Pafc, die anhand der stöchiometrischen Kennlinie in einem normalen Fahrmodus erhalten wird, und der zulässigen Brennstoffzellenerzeugungsleistung Pafc* dar, die in der vorliegenden Ausführungsform anhand der stöchiometrischen Entlastungskennlinie erhalten wird.
  • Die Brennstoffzelle 3 weist sogar unmittelbar nach Beginn der Leistungserzeugung eine ergiebige Luftströmungsmenge auf, so dass die zulässige Leistung Pafc, die mit einer normalen stöchiometrischen Kennlinie berechnet wird, ab dem Augenblick unmittelbar nach der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne hoch ist. Im Gegensatz dazu wird die entspannte bzw. entsprechend angepasste zulässige Leistung Pafc* in der vorliegenden Ausführungsform auf Basis der stöchiometrischen Entlastungskennlinie berechnet, so dass eine Steuerung ausgeführt wird, um zu bewirken, dass die zulässige Leistung ab dem Start der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle 3 graduell ansteigt. Die zulässige Antriebsleistung Pd, die auf Basis der entspannten zulässigen Leistung Pafc* berechnet wird, nimmt ebenfalls allmählich zu und nähert sich der Soll-Motorleistung Mr, die in einem ordnungsgemäßen Normalfahrmodus ausgegeben werden soll.
  • Wenn sich die zulässige Antriebsleistung Pd ausgehend von der Soll-Motorleistung Mr, die ohne Einschränkung berechnet worden ist, einem vorbestimmten Bereich nähert, dann kann die Steuerung derart ausgeführt werden, dass die Verwendung der stöchiometrischen Entlastungskennlinie beendet wird und die normale stöchiometrische Kennlinie verwendet werden kann. Ferner kann eine Steuerung ausgeführt werden, so dass die Verwendung der stöchiometrischen Entlastungskennlinie beendet wird, wenn der Betriebszustand eines Fahr-(Gas-)-pedals oder eines Schalthebels und ein Soll-Antriebsleistungsbetrag verändert werden. Die Hinzuziehung der stöchiometrischen Entlastungskennlinie kann innerhalb eines Bereichs gestoppt werden, in dem sich ein Fahrzeugführer oder Fahrgast eines Elektroautos aufgrund einer plötzlichen Drehmomentveränderung nicht unbehaglich fühlen.
  • (Modifizierungsbeispiel)
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend angeführten Ausführungsformen begrenzt, sondern kann auf eine Vielzahl von Modifizierungen angewendet werden.
  • In den vorstehend angeführten Ausführungsformen ist eine plötzliche Drehmomentveränderung nach Beendung der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne verhindert worden, indem die Soll-Systemleistung eingeschränkt oder die stöchiometrische Kennlinie begrenzt wurde. Die Verfahren zum Verhindern einer derartigen plötzlichen Drehmomentveränderung sind jedoch nicht auf die vorstehend beschriebenen Verfahren beschränkt, und es kann ein beliebiges Verfahren zur effektiven Verhinderung einer plötzlichen Veränderung eines Drehmomentbefehls an den Fahrmotor 44 verwendet werden.
  • Die vorstehend angeführten Ausführungsformen entsprechen beispielsweise der Einschränkungseinrichtung 23 gemäß der Beschreibung des erfinderischen Prinzips von 1, die in der Lage ist, eine Veränderung eines Steuerparameters zu begrenzen, die sich während des Berechnungsvorgangs eines Antriebsleistungsbetrags ereignet. Somit kann eine Konfiguration angewendet werden, bei der im Gegensatz zur Einschränkung der Soll-Systemleistung oder der stöchiometrischen Kennlinie ein Steuerparameter eingeschränkt wird.
  • Alternativ kann eine Funktion bereitgestellt werden, die der Einschränkungseinrichtung 24 gemäß der Beschreibung des erfinderischen Prinzips von 11 entspricht. Insbesondere können ein ähnlicher Betrieb und Vorteil auch durch direktes Einschränken der zulässigen Antriebsleistung Pd oder des Drehmomentbefehlssignals CINVT an den Fahrmotor 44 erhalten werden. Um genau zu sein, kann eine Steuerung derart ausgeführt werden, dass die zulässige Antriebsleistung Pd oder das Drehmomentsbefehls signal CINVT, die unmittelbar nach Erlaubnis der Leistungserzeugung einer Brennstoffzelle abgegeben werden, vorübergehend als niedriger Wert (z. B. null) eingestellt und dann linear erhöht werden, bis sie sich im Laufe einer vorbestimmten Zeitspanne einem Wert der zulässigen Antriebsleistung Pd oder des Drehmomentbefehlssignals CINVT genähert haben, die erhalten werden, wenn keine Einschränkung angewendet wird.
  • (Industrielle Anwendbarkeit)
  • Das Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung nimmt eine Einschränkung einer plötzlichen Veränderung eines Antriebsleistungsbetrags für eine Antriebsvorrichtung vor, wenn eine Leistungszuführung von einer Brennstoffzelle ermöglicht wird, wodurch dem Antriebszustand des Systems eine Einschränkung auferlegt und verhindert werden kann, dass dieser aufgrund einer plötzlich auftretenden Veränderung instabil wird.
  • Gemäß einer mobilen Karosserie, die mit dem Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, wird eine plötzliche Veränderung eines Antriebszustands in dem Fall, in dem es sich bei einer Antriebsvorrichtung um einen Fahrmotor handelt, eingeschränkt, so dass verhindert werden kann, dass ein Fahrgast dadurch ein Gefühl des Unbehagens verspürt.
  • Zusammenfassung
  • Brennstoffzellensystem und mobile Karosserie
  • Ein Brennstoffzellensystem ist mit einer Brennstoffzelle (3), einer elektrischen Speichervorrichtung (41) und einer Steuerung (100) ausgestattet, die einen gerichteten Antriebsleistungsbetrag für eine Antriebsvorrichtung (44) bestimmt. In dem Fall, wo eine Antriebsanforderung während einer mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne eingegeben wird, in der eine Leistung von der elektrischen Speichervorrichtung (41) zugeführt wird, wird der gerichtete Antriebsleistungsbetrag eingeschränkt, nachdem mit der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle (3) begonnen worden ist. Durch diese Anordnung wird ermöglicht, dass ein Fahrbetriebszustand unauffällig geändert werden kann, selbst wenn die Leistungszuführung an die Antriebsvorrichtung ausgehend von der Leistungszuführung unter ausschließlicher Verwendung der elektrischen Speichervorrichtung zu einer Verwendung von sowohl der Brennstoffzelle als auch der elektrischen Speichervorrichtung geändert wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 09-231991 [0002]

Claims (11)

  1. Brennstoffzellensystem, das konfiguriert ist, um zumindest einer von einer Mehrzahl von Leistungszuführquellen, die eine Brennstoffzelle beinhalten, zu ermöglichen, einer Antriebsvorrichtung eine Leistung zuzuführen, wobei das Brennstoffzellensystem dadurch gekennzeichnet ist, dass: wenn die Leistungszuführquelle, die der Antriebsvorrichtung eine Leistung zuführt, verändert wird, ein Antriebsleistungsbetrag eingeschränkt wird, der der Antriebsvorrichtung gegenüber spezifiziert ist.
  2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, aufweisend: eine Leistungszuführquellen-Auswähleinrichtung, die eine Leistungszuführquelle auswählt, die der Antriebsvorrichtung eine Leistung zuführt; eine Berechnungseinrichtung für einen spezifizierten Antriebsleistungsbetrag, die den Antriebsleistungsbetrag, der an die Antriebsvorrichtung gerichtet werden soll, auf Basis der durch die ausgewählte Leistungszuführquelle zugeführten Leistung berechnet; und eine Einschränkungseinrichtung, die den gerichteten Antriebsleistungsbetrag einschränkt.
  3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei der Mehrzahl der Leistungszuführquellen um die Brennstoffzelle und die elektrische Speichervorrichtung handelt, und der Antriebsleistungsbetrag, der an die Antriebsvorrichtung gerichtet werden soll, nachdem eine Leistung von der Brennstoffzelle zugeführt worden ist, einge schränkt wird, wenn eine Leistung von der Brennstoffzelle zusammen mit der Leistung zugeführt wird, die durch die elektrische Speichervorrichtung zugeführt wird.
  4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, wobei in dem Fall, wo eine Leistungszuführung von der Brennstoffzelle während einer mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne, in der eine Leistung von der elektrischen Speichervorrichtung zugeführt wird, ermöglicht wird, der Antriebsleistungsbetrag, der an die Antriebsvorrichtung gerichtet werden soll, eingeschränkt wird.
  5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, wobei die Einschränkungseinrichtung einen Soll-Systemleistungsbetrag einschränkt, nachdem mit einer Leistungserzeugung von der Brennstoffzelle begonnen worden ist, als einen Faktor, der den gerichteten Antriebsleistungsbetrag verändert.
  6. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Einschränkungseinrichtung eine stöchiometrische Kennlinie einschränkt, die eine Beziehung zwischen einer Gasströmungsmenge und einem zulässigen Brennstoffzellenleistungsbetrag definiert, der in Bezug auf die Gasströmungsmenge zugelassen werden soll, nachdem mit der Leistungserzeugung von der Brennstoffzelle begonnen worden ist, als ein Faktor, der den gerichteten Antriebsleistungsbetrag verändert.
  7. Brennstoffzellensystem, das so konfiguriert ist, dass es eine Brennstoffzelle und eine elektrische Speichervorrichtung aufweist, wobei das Brennstoffzellensystem aufweist: eine Antriebsdrehmoment-Berechnungseinrichtung, die ein Drehmoment, das für eine Antriebsvorrichtung angefordert wird, gemäß einem Antriebsanforderungssignal berechnet; eine Soll-Antriebsleistungs-Berechnungseinrichtung, die einen Soll-Antriebsleistungsbetrag basierend auf dem Drehmoment berechnet; eine Zusatzvorrichtungsverlustleistungs-Berechnungseinrichtung, die einen Zusatzvorrichtungsverlustbetrag berechnet; eine Soll-Systemleistungs-Berechnungseinrichtung, die einen Soll-Systemleistungsbetrag auf Basis des Soll-Antriebsleistungsbetrags und des Zusatzvorrichtungsverlustes berechnet; eine Gaszuführmengen-Richteinrichtung, die eine gerichtete Gaszuführmenge an die Brennstoffzelle auf Basis des Soll-Systemleistungsbetrags abgibt, eine Spezifizierungseinrichtung für eine zulässige Brennstoffzellenerzeugungsleistung, die einen zulässigen Brennstoffzellenerzeugungsleistungsbetrag, der für die Brennstoffzelle zulässig ist, spezifiziert auf Basis einer Gasströmungsmenge, die tatsächlich in Reaktion auf die gerichtete Gaszuführmenge zugeführt wird; eine Minimalwert-Auswähleinrichtung, die den Soll-Systemleistungsbetrag oder den zulässigen Brennstoffzellenerzeugungsleistungsbetrag ausgibt, je nach dem, welcher Betrag kleiner ist; und eine Berechnungseinrichtung für die zulässige Antriebsleistung, die einen zulässigen Antriebsleistungsbetrag, der für die Antriebsvorrichtung zugelassen werden soll, auf Basis des ausgewählten Leistungsbetrags und eines Leistungsbetrags, der von der elektrischen Speichervorrichtung zugeführt werden kann, berechnet, wobei, in dem Fall, wo das Antriebsanforderungssignal innerhalb einer mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne eingegeben wird, während der eine Leistung von der elektrischen Speichervorrichtung zugeführt wird, der zulässige Antriebsleistungsbetrag, der für die Antriebsvorrichtung zugelassen werden soll, eingeschränkt wird, nachdem mit einer Leistungserzeugung von der Brennstoffzelle begonnen worden ist.
  8. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, ferner aufweisend: eine Soll-Antriebsleistungs-Einschränkungseinrichtung, die den Soll-Antriebsleistungsbetrag in der mit niedriger Effizienz ablaufenden Antriebszeitspanne auf einen Wert einschränkt, nicht mehr als eine Differenz ist, die durch Subtrahieren des Zusatzvorrichtungsverlustes von einem Leistungsbetrag erhalten wird, der von der elektrischen Speichervorrichtung zugeführt werden kann.
  9. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8, ferner aufweisend eine Soll-Systemleistungs-Einschränkungseinrichtung, der den Soll-Systemleistungsbetrag einschränkt, nachdem mit der Leistungserzeugung von der Brennstoffzelle begonnen worden ist.
  10. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine stöchiometrische Kennlinie gehalten wird, die eine Beziehung zwischen der Gasströmungsmenge und einem zulässigen Brennstoffzellenerzeugungsleistungsbetrag definiert, der in Bezug auf die Gasströmungsmenge zugelassen werden soll, wobei die Beziehung durch die Spezifizierungseinrichtung für die zulässige Brennstoffzellenerzeugungsleistung herangezogen wird, um den zulässigen Brennstoffzellenerzeugungsleistungsbetrag zu bestimmen, wobei das Brennstoffzellensystem ferner eine Stöchiometrieveränderungseinrichtung aufweist, die konfiguriert ist, um die stöchiometrische Kennlinie einzuschränken, die herangezogen wird, nachdem mit einer Leistungserzeugung von der Brennstoffzelle begonnen worden ist.
  11. Mobile Karosserie, aufweisend das Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
DE112007002040T 2006-09-01 2007-08-30 Brennstoffzellensystem und mobile Karosserie Pending DE112007002040T5 (de)

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DE (1) DE112007002040T5 (de)
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112008000986B4 (de) * 2007-04-23 2014-09-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4936126B2 (ja) * 2007-04-16 2012-05-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4345032B2 (ja) * 2008-03-25 2009-10-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US20130302711A1 (en) * 2011-04-11 2013-11-14 Panasonic Corporation Fuel cell power generation system and control method thereof
CN103754127B (zh) * 2013-02-16 2017-01-25 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 燃电式电动车辆
JP6186892B2 (ja) * 2013-05-30 2017-08-30 株式会社豊田自動織機 車両に搭載される燃料電池システム
KR101550976B1 (ko) * 2013-10-11 2015-09-08 현대자동차주식회사 연료 전지 차량의 공기 공급 제어 방법
DE102014109092A1 (de) * 2014-06-27 2015-12-31 Thyssenkrupp Ag Antriebssystem für ein U-Boot
JP6304141B2 (ja) * 2015-06-24 2018-04-04 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
CN107193285B (zh) * 2017-04-20 2020-11-10 湖北工业大学 多旋翼燃料电池植保无人机控制系统及其工作方法
KR20200132430A (ko) * 2019-05-17 2020-11-25 현대자동차주식회사 전기 차량의 가속페달 안내 방법 및 시스템
CN112751063B (zh) * 2019-10-31 2022-07-22 长城汽车股份有限公司 燃料电池的控制方法与装置、电池管理系统和车辆
JP7452242B2 (ja) 2020-05-21 2024-03-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09231991A (ja) 1996-02-23 1997-09-05 Toyota Motor Corp 燃料電池システム

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3567509B2 (ja) * 1994-11-10 2004-09-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の駆動装置および触媒被毒率検出装置並びに燃料電池システム
JP3383716B2 (ja) * 1995-02-01 2003-03-04 マツダ株式会社 ハイブリッド電源制御装置
JP3454954B2 (ja) * 1995-02-01 2003-10-06 マツダ株式会社 ハイブリッド電源制御装置
JP4099910B2 (ja) * 1999-09-27 2008-06-11 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド車両の制御装置
DE19950008A1 (de) * 1999-10-18 2001-04-26 Xcellsis Gmbh Verfahren und Anordnung zum Steuern des Schaltzustands einer Schaltverbindung zwischen den elektrischen Ausgängen einer in einer mobilen Vorrichtung angeordneten Brennstoffzelle und einem in der mobilen Vorrichtung angeordneten isolierten elektrischen Netz
DE19954306B4 (de) * 1999-11-11 2004-09-02 Ballard Power Systems Ag Vorrichtung zur elektrischen Energieerzeugnung mit einer Brennstoffzelle in einem Fahrzeug und Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung
JP2002216783A (ja) * 2001-01-18 2002-08-02 Yamaha Motor Co Ltd 燃料電池ハイブリッドシステム
JP2002313388A (ja) * 2001-04-10 2002-10-25 Honda Motor Co Ltd 燃料電池の制御方法と燃料電池電気車両
JP2002324562A (ja) 2001-04-27 2002-11-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池発電システムの運転方法及び燃料電池発電システム
JP2005094914A (ja) * 2003-09-17 2005-04-07 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池車両の電力供給システム
JP4831417B2 (ja) * 2006-12-12 2011-12-07 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09231991A (ja) 1996-02-23 1997-09-05 Toyota Motor Corp 燃料電池システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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