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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Energiezufuhrsystem zum
Zuführen von Energie zu einer Antriebsvorrichtung einer
sich bewegenden Einheit.
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VERWANDTER STAND DER TECHNIK
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In
jüngster Zeit rückten Brennstoffzellen als Energiequellen
mit hervorragenden Betriebswirkungsgraden und Umwelteigenschaften
ins Zentrum der Aufmerksamkeit. Obwohl eine Brennstoffzelle Energie
als Antwort auf eine Anforderung durch Steuern eines Betrags einer
Brennstoffgaszufuhr ausgibt, kann die Energieausgabe manchmal auf
Grund einer Antwortverzögerung bei dem Betrag der Gaszufuhr eine
geringe Ansprechempfindlichkeit aufweisen. Demgemäß wurde
eine kombinierte Verwendung von Batterie und Brennstoffzelle vorgeschlagen,
in der die Brennstoffzelle und die Batterie (Speicherbatterievorrichtung)
parallel geschaltet sind, um eine Energiequelle zu konfigurieren,
und eine Ausgabespannung der Brennstoffzelle über einen
Gleichrichter (DC-DC-Wandler) umgewandelt wird. Diesbezüglich wurde
eine Technik offenbart, die eine sich bewegende Einheit mit einem
ersten Antriebsmotor, der direkt durch eine Zufuhrenergie aus einer
Brennstoffzelle ohne Verwendung eines Gleichrichters angetrieben wird,
und einem zweiten Antriebsmotor versieht, der direkt durch eine
Zufuhrenergie aus einer Batterie ohne Verwendung eines Gleichrichters
angetrieben wird, und eine Energiezufuhr zu jedem der Antriebsmotoren
als Antwort auf eine Ausgabeanforderung von der sich bewegenden
Einheit steuert (vgl. z. B. Patentdruckschrift 1).
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Ebenso
ist ein Energiequellensystem offenbart, das aus einer Brennstoffzelle
und einer Batterie gebildet ist, die über einen Gleichrichter
verbunden sind, um Energie zum Antreiben einer Antriebsvorrichtung
einer sich bewegenden Einheit zuzuführen (vgl. z. B. Patentdruckschrift
2). In diesem Energiequellensystem ist es möglich, einen
Energieverlust auf Grund des Gleichrichters durch Verbinden des Antriebsmotors
mit dem Energiequellensystem derart, dass der Motor eine Energiezufuhr
direkt von der Brennstoffzelle ohne Verwendung des Gleichrichters empfangen
kann, und durch Setzen des Maßes der Energiezufuhr aus
der Brennstoffzelle innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu unterdrücken.
- Patentdruckschrift 1: Japanische ungeprüfte Patentoffenlegung
Nr. 2006-141097
- Patentdruckschrift 2: Japanische
ungeprüfte Patentoffenlegung Nr. 2002-118979
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im
Laufe einer Zufuhr von Energie aus einer Brennstoffzelle zu einer
Antriebsvorrichtung einer sich bewegenden Einheit kann die Energiezufuhr
zu der Antriebsvorrichtung bedingt durch Ursachen, wie eine geringe
Ansprechempfindlichkeit einer Zufuhr eines Brennstoffgases (z. B.
Wasserstoff usw.) zu der Brennstoffzelle, manchmal instabil sein.
Deshalb wird zusätzlich zu der Brennstoffzelle manchmal
eine Speicherbatterievorrichtung, wie eine Batterie, eingesetzt,
um die Energiezufuhr stärker zu stabilisieren. Diese Energiezufuhrquellen
mit unterschiedlichen Ausgabeeigenschaften werden im Allgemeinen über eine
Energiewandlungsvorrichtung, wie einen Gleichrichter, verbunden.
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Anhand
eines derartigen Energiezufuhrsystems, das aus einer Vielzahl von
Energiezufuhrvorrichtungen gebildet ist, die über eine
Energiewandlungsvorrichtung, wie einen Gleichrichter, verbunden sind,
ist es möglich, eine Energiezufuhr zu einer Antriebsvorrichtung
stabil durchzuführen. Es kann jedoch, abhängig
von der Art und Weise der Energiezufuhr, im Laufe der Zufuhr von
Energie aus der Energiezufuhrvorrichtung über den Gleichrichter
und dergleichen zu der Antriebsvorrichtung ein gewisser Energieverlust
anfallen, und kann möglicherweise zu einer Verringerung
des Energiezufuhrwirkungsgrads des Energiezufuhrsystems führen.
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Die
Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend genannten Probleme
gemacht, und bezweckt in einem Energiezufuhrsystem, das durch eine
Vielzahl von Energiezufuhrvorrichtungen gebildet ist, die über
eine Energiewandlungsvorrichtung, wie einen Gleichrichter, verbunden
sind, ein Vermeiden einer Verringerung des Wirkungsgrads der Energiezufuhr
zu einer Antriebsvorrichtung einer sich bewegenden Einheit im möglichen
Maße.
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Zum
Zwecke der Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme
in einem Energiezufuhrsystem, das aus zwei Energiezufuhrvorrichtungen
gebildet ist, d. h. einer Brennstoffzelle und einer Speicherbatterievorrichtung,
die über eine Energiewandlungsvorrichtung, wie einen Gleichrichter,
verbunden sind, wird eine sich bewegende Einheit mit zwei Antriebsvorrichtungen
versehen, so dass jede der Antriebsvorrichtungen Zufuhrenergie von
jeder der Energiezufuhrvorrichtungen ohne Verwendung der Energiewandlungsvorrichtung
empfangen kann, und wird hinsichtlich der Antriebsvorrichtung, die
eine Energiezufuhr direkt von der zur Energieerzeugung fähigen
Brennstoffzelle empfängt, eine Einschränkung derart
vorgenommen, dass die Antriebsvorrichtung eine Energiezufuhr über
die Energiewandlungsvorrichtung lediglich unter einer bestimmten
Bedingung empfängt. Auf diese Weise ist es möglich,
einen Energieverlust in der Energiewandlungsvorrichtung im möglichen
Maße zu unterdrücken.
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Die
Erfindung bezieht sich genauer gesagt auf ein an einer sich bewegenden
Einheit angebrachtes Energiezufuhrsystem zum Zuführen von
Energie zu einer ersten Antriebsvorrichtung und einer zweiten Antriebsvorrichtung,
die als eine Antriebsquelle der sich bewegenden Einheit fungieren,
mit:
einer Energiewandlungsvorrichtung, die eine Ausgabeeigenschaft
einer Zufuhrenergie aus einer Energiezufuhrvorrichtung umwandelt,
einer
Brennstoffzelle als eine Energiezufuhrvorrichtung, wobei die Brennstoffzelle
in der Lage ist, der ersten Antriebsvorrichtung durch eine elektrochemische
Reaktion zwischen einem sauerstoffhaltigen Oxidationsgas und einem
wasserstoffhaltigen Brennstoffgas erzeugte Energie ohne Verwendung
der Energiewandlungsvorrichtung zuzuführen,
einer
Speicherbatterievorrichtung als eine Energiezufuhrvorrichtung, die
mit der Brennstoffzelle über die Energiewandlungsvorrichtung
verbunden ist, wobei die Speicherbatterievorrichtung in der Lage
ist, elektrische Energie zu speichern und der zweiten Antriebsvorrichtung
die gespeicherte Energie ohne Verwendung der Energiewandlungsvorrichtung
zuzuführen, und
einer Energiesteuervorrichtung, die
gemäß einer Ausgabeanforderung von der sich bewegenden
Einheit eine Energie steuert, die der ersten Antriebsvorrichtung
und der zweiten Antriebsvorrichtung aus der Brennstoffzelle und
der Speicherbatterievorrichtung zuzuführen ist, wobei,
wenn
die Ausgabeanforderung aus der sich bewegenden Einheit eine normale
Ausgabeanforderung ist, dann die Energiesteuervorrichtung die Energiezufuhr
derart steuert, dass der ersten Antriebsvorrichtung und der zweiten
Antriebsvorrichtung Energie durch die Brennstoffzelle beziehungsweise
die Speicherbatterievorrichtung zugeführt wird, und,
wenn
eine Energie, die der ersten Antriebsvorrichtung wie in der Ausgabeanforderung
aus der sich bewegenden Einheit zuzuführen ist, größer
einem Betrag von Energie ist, der durch die Brennstoffzelle erzeugt
werden kann, dann die Energiesteuervorrichtung eine Energiezufuhr
aus der Speicherbatterievorrichtung über die Energiewandlungsvorrichtung
zu der ersten Antriebsvorrichtung zulässt.
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Wie
vorstehend beschrieben, ist das erfindungsgemäße
Energiezufuhrsystem an der sich bewegenden Einheit angebracht und
führt eine Energiezufuhr zu den Antriebsvorrichtungen durch,
die bei der Bewegung der sich bewegenden Einheit beteiligt sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass die sich bewegende Einheit nicht
auf Transporteinrichtungen, wie Automobile, Züge, Schiffe
und dergleichen beschränkt ist, sondern ebenso sich bewegende
Objekte im Allgemeinen beinhaltet, wie Roboter und dergleichen.
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Es
liegen zwei Antriebsvorrichtungen zum Bewegen dieser sich bewegenden
Einheit vor, d. h. die erste Antriebsvorrichtung und die zweite
Antriebsvorrichtung, und es werden durch die jeweiligen Antriebsvorrichtungen
zu erzeugende Antriebskräfte auf der Grundlage einer Situation
als geeignet bestimmt, in der sich die sich bewegende Einheit befindet,
einschließlich z. B. eines Ladestatus und dergleichen, wenn
sich die sich bewegende Einheit in Bewegung befindet oder angehalten
ist. Diesen Antriebsvorrichtungen wird Energie aus dem erfindungsgemäßen
Energiezufuhrsystem zugeführt, das die Brennstoffzelle
und die Speicherbatterievorrichtung als die Energiezufuhrvorrichtungen
beinhaltet.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Energiezufuhrsystem sind
die Brennstoffzelle und die Speicherbatterievorrichtung, die die
Energiezufuhrvorrichtungen mit unterschiedlichen Ausgabeeigenschaften
sind, miteinander über die Energiewandlungsvorrichtung verbunden.
Auf diese Weise ist es möglich, eine Energiezufuhr zu jeder
der ersten und zweiten Antriebsvorrichtung stabil durchzuführen.
Hierbei kann die erste Antriebsvorrichtung eine Energiezufuhr direkt aus
der Brennstoffzelle ohne Verwendung der Energiewandlungsvorrichtung
empfangen und kann die zweite Antriebsvorrichtung eine Energiezufuhr
direkt aus der Speicherbatterievorrichtung ohne Verwendung der Energiewandlungsvorrichtung
empfangen. Wird mit anderen Worten versucht, der ersten Antriebsvorrichtung
Energie aus der Speicherbatterievorrichtung zuzuführen,
oder wird versucht, der zweiten Antriebsvorrichtung Energie aus
der Brennstoffzelle zuzuführen, dann durchläuft
die Energiezufuhr unweigerlich die Energiewandlungsvorrichtung.
Obwohl diese Energiewandlungsvorrichtung zum Umwandeln einer Ausgabeeigenschaft
der aus jeder der Energiezufuhrvorrichtungen zuzuführenden
Energie dient, kann eine gewisse Energie innerhalb der Vorrichtung
während des Umwandlungsprozesses aufgenommen werden und
kann folglich ein nicht zu vernachlässigender Energieverlust
bei der der Antriebsvorrichtung zuzuführenden Energie anfallen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Energiezufuhrsystem steuert
die Energiesteuervorrichtung eine Energiezufuhr zwischen jeder der
Energiezufuhrvorrichtungen und jeder der Antriebsvorrichtungen,
um einen in der Energiewandlungsvorrichtung an fallenden Energieverlust
im möglichen Maße zu unterdrücken. Das
heißt, wenn es erforderlich ist, jede der Antriebsvorrichtungen
als Antwort auf eine Ausgabe anzutreiben, die von der sich bewegenden
Einheit auf der Grundlage der Situation angefordert wird, in der
sich die sich bewegende Einheit befindet, wie Bewegung oder Halt
der sich bewegenden Einheit, dann steuert die Energiesteuervorrichtung
eine Energiezufuhr derart, dass mit Ausnahme von Fällen
unter einer bestimmten Bedingung keine Energiezufuhr von jeder der
Energiezufuhrvorrichtungen über die Energiewandlungsvorrichtung
zu jeder der Antriebsvorrichtungen durchgeführt wird.
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Ist
die Ausgabeanforderung aus der sich bewegenden Einheit eine normale
Ausgabeanforderung, dann erfolgt die Energiezufuhr zu der ersten Antriebsvorrichtung
lediglich aus der Brennstoffzelle und erfolgt die Energiezufuhr
zu der zweiten Antriebsvorrichtung lediglich aus der Speicherbatterievorrichtung.
Hierbei sei darauf hingewiesen, dass die normal Ausgabeanforderung
eine derartige Anforderung aus der sich bewegenden Einheit ist,
dass Ausgaben, die durch die erste Antriebsvorrichtung und die zweite
Antriebsvorrichtung gemäß Bestimmung als Antwort
auf die Ausgabeanforderung aus der sich bewegenden Einheit auszuüben
sind, durch die jeweiligen Zufuhrenergien aus der Brennstoffzelle
und der Speicherbatterievorrichtung erreicht werden können.
Es sei ebenso darauf hingewiesen, dass die durch die erste Antriebsvorrichtung
und die zweite Antriebsvorrichtung auszuübenden Ausgaben
durch näherungsweises Verteilen der Ausgabeanforderung aus
der sich bewegenden Einheit derart bestimmt werden, dass die Antriebskräfte
durch die jeweiligen Antriebsvorrichtungen eine erforderliche Bewegung oder
einen erforderlichen Halt der sich bewegenden Einheit realisieren.
Ebenso kann der Bereich der normalen Ausgabeanforderung in Anbetracht
von Parametern mit Einfluss auf Ausgabeeigenschaften der Brennstoffzelle
und der Speicherbatte rievorrichtung variiert werden, einschließlich
z. B. einer Temperatur jeder Vorrichtung und dergleichen.
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Ist
die Ausgabeanforderung aus der sich bewegenden Einheit eine normale
Ausgabeanforderung, dann ist es somit möglich, jeder der
Antriebsvorrichtungen Energie aus jeder der Energiezufuhrvorrichtungen
ohne Verwendung der Energiewandlungsvorrichtung durch näherungsweises
Bestimmen von durch die erste Antriebsvorrichtung und die zweite
Antriebsvorrichtung auszuübenden Antriebskräften
zuzuführen. Die Energiesteuervorrichtung führt somit
eine Steuerung durch, um eine derartige Energiezufuhr zu realisieren.
Solange die Ausgabeanforderung aus der sich bewegenden Einheit eine
normale Ausgabeanforderung ist, ist es auf diese Weise möglich,
einen Energieverlust in der Energiewandlungsvorrichtung im möglichen
Maße zu unterdrücken.
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Ist
demgegenüber die Ausgabeanforderung aus der sich bewegenden
Einheit keine normale Ausgabeanforderung und ist die Energie, die
der ersten Antriebsvorrichtung wie in der Ausgabeanforderung aus
der sich bewegenden Einheit zuzuführen ist, größer
einem Betrag von Energie, der durch die Brennstoffzelle erzeugt
werden kann, dann lässt die Energiesteuervorrichtung eine
Energiezufuhr zu der ersten Antriebsvorrichtung aus der Speicherbatterievorrichtung
zusätzlich zu jener aus der Brennstoffzelle zu. Da die
erste Antriebsvorrichtung Energie aus der Brennstoffzelle, die eine
geeignet einstellbare Ausgabe (Zufuhrenergie) aufweist, ohne Verwendung der
Energiewandlungsvorrichtung empfangen kann, kann sie ihre Antriebskraft
auf eine effiziente und zeitnahe Art und Weise ausüben.
Deshalb gilt ein Beitrag der ersten Antriebsvorrichtung zum Antrieb
der sich bewegenden Einheit als größer als jener
der zweiten Antriebsvorrichtung, deren Antriebskraft durch einen Betrag
von in der Speicherbatterievorrichtung gespeicherter Energie beschränkt
ist. Somit soll eine Energiezufuhr zu der ersten Antriebsvorrichtung im möglichen
Maße aufrechterhalten werden. Ist deshalb die Energie,
die der ersten Antriebsvorrichtung wie in der Ausgabeanforderung
aus der sich bewegenden Einheit zuzuführen ist, größer
einem Betrag von Energie, der durch die Brennstoffzelle erzeugt werden
kann, dann wird eine Energiezufuhr aus der Speicherbatterievorrichtung über
die Energiewandlungsvorrichtung zu der ersten Antriebsvorrichtung als
ein Ausnahmefall zugelassen. Als Alternative kann eine Energiezufuhr über
die Energiewandlungsvorrichtung ebenso in anderen Fällen
zugelassen werden, wie wenn auf eine andere Weise bestimmt wird,
dass der ersten Antriebsvorrichtung Energie zugeführt werden
soll, einschließlich eines Notfalls und dergleichen.
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Deshalb
wird in dem erfindungsgemäßen Energiezufuhrsystem,
wenn jede Antriebsvorrichtung ihre Antriebskraft als Antwort auf
eine Ausgabeanforderung aus der sich bewegenden Einheit ausüben muss,
obwohl jene Energiezufuhrwege, die nicht durch die Energiewandlungsvorrichtung
verlaufen, prinzipiell aufrechtzuerhalten sind, wenn jedoch für die
erste Antriebsvorrichtung erforderliche Energie größer
oder gleich einem Betrag von Energie ist, die durch die Brennstoffzelle
erzeugt werden kann, dann eine Energiezufuhr über die Energiewandlungsvorrichtung
durchgeführt. Auf diese Weise ist es möglich,
einen Einfluss des in der Energiewandlungsvorrichtung anfallenden
Energieverlusts zu begrenzen, während noch immer die Ausgabeanforderung
aus der sich bewegenden Einheit erfüllt wird, wodurch eine
Verringerung des Energiezufuhrwirkungsgrads im möglichen
Maße vermieden wird.
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Zum
Zwecke des sichereren Vermeidens dieser Verringerung des Energiezufuhrwirkungsgrads
kann die Energiesteuervorrichtung verwendet werden, um die Energiezufuhr
aus der Speicherbatterievorrichtung über die Energiewandlungsvorrichtung
zu der ersten Antriebsvorrichtung lediglich auf Fälle zu
beschränken, in denen Energie, die der ersten Antriebsvorrichtung
wie in der Ausgabeanforderung aus der sich bewegenden Einheit zuzuführen ist,
größer einem Betrag von Energie ist, der durch die
Brennstoffzelle erzeugt werden kann. Das heißt, man kann
den Fluss der Energiezufuhr über die Energiewandlungsvorrichtung
in einer stärker beschränkten Weise auftreten
lassen.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Energiezufuhrsystem ist die normale
Ausgabeanforderung eine Ausgabeanforderung innerhalb eines Bereichs, in
dem die Energie, die der ersten Antriebsvorrichtung wie in der Ausgabeanforderung
aus der sich bewegenden Einheit zuzuführen ist, kleiner
oder gleich einem Betrag von Energie ist, der durch die Brennstoffzelle
erzeugt werden kann, und in einem derartigen Fall kann die Energiesteuervorrichtung
die Energiezufuhr derart steuern, dass:
wenn die der ersten
Antriebsvorrichtung zuzuführende Energie kleiner oder gleich
einem Betrag von Energie ist, der durch die Brennstoffzelle erzeugt
werden kann, dann die Energiezufuhr zu der ersten Antriebsvorrichtung
lediglich durch die Brennstoffzelle durchgeführt wird und
die Energiezufuhr zu der zweiten Antriebsvorrichtung lediglich durch
die Speicherbatterievorrichtung durchgeführt wird, und
wenn
die der ersten Antriebsvorrichtung zuzuführende Energie
größer einem Betrag von Energie ist, der durch
die Brennstoffzelle erzeugt werden kann, dann die Energiezufuhr
zu der ersten Antriebsvorrichtung durch die Brennstoffzelle sowie
durch die Speicherbatterievorrichtung über die Energiewandlungsvorrichtung
durchgeführt wird.
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Das
heißt, bei dem vorstehend beschriebenen Energiezufuhrsystem
basiert die Beurteilung, ob die Ausgabeanforderung aus der sich
bewegenden Einheit eine normale Ausgabeanforderung ist oder nicht,
auf einem Kriterium, dass die der ersten Antriebsvorrichtung zuzuführende
Energie kleiner oder gleich, oder größer einem
Betrag von Energie ist, der durch die Brennstoffzelle erzeugt werden
kann. Dadurch, dass man die Energiesteuervorrichtung die Energiezufuhr
auf der Grundlage dieses Kriteriums steuern lässt, ist
es möglich, eine Verringerung des Energiezufuhrwirkungsgrads
im möglichen Maße zu vermeiden.
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Ebenso
kann bei dem vorstehend beschriebenen Energiezufuhrsystem die Energiesteuervorrichtung
eine Steuerung derart durchführen, dass wenn die der ersten
Antriebsvorrichtung zuzuführende Energie größer
einem Betrag von Energie ist, der durch die Brennstoffzelle erzeugt
werden kann, dann der Mangel an Energie, d. h. der Rest der der
ersten Antriebsvorrichtung zuzuführenden Energie nach Abzug
der maximal verfügbaren Energie der Brennstoffzelle, der
ersten Antriebsvorrichtung aus der Speicherbatterievorrichtung zugeführt
wird. Stützt man sich auf eine derartige Energiezufuhr
aus der Speicherbatterievorrichtung über die Energiewandlungsvorrichtung,
ist es deshalb möglich, eine Verringerung des Energiezufuhrwirkungsgrads
durch Minimieren des auf eine derartige Weise zuzuführenden Betrags
im möglichen Maße zu vermeiden.
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Ferner
kann bei dem vorstehend beschriebenen Energiezufuhrsystem die Speicherbatterievorrichtung
durch die Brennstoffzelle erzeugte Energie und/oder durch Regeneration
in der ersten Antriebsvorrichtung und/oder der zweiten Antriebsvorrichtung erzeugte,
regenerative, elektrische Energie speichern und kann die gespeicherte
Energie zur Energiezufuhr verwenden, und kann die Energiesteuervorrichtung
gemäß einem Ladezustand der Speicherbatterievorrichtung
eine Energie bestimmen, die der Speicherbatterievorrichtung zuzuführen ist
oder aus der Speicherbatterievorrichtung zugeführt wird,
und kann die bestimmte Energie der der ersten Antriebsvorrichtung
zuzuführenden Energie hinzufügen, um die Zufuhr
von durch die Brennstoffzelle zu erzeugender Energie zu steuern.
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Die
Speicherbatterievorrichtung ist in der Lage, den Betrag von zum
Antreiben der sich bewegenden Einheit erforderlicher Energie zu
beschränken, und zwar durch Speichern von durch die Brennstoffzelle
erzeugter Energie, insbesondere des Rests von Energie, der über
den der ersten Antriebsvorrichtung zuzuführenden Betrag
hinaus erzeugt wird, und/oder von während eines Abbremsens
von jeder Antriebsvorrichtung erzeugter, regenerativer, elektrischer
Energie, und dann durch deren Speichern als Vorbereitung zur Verwendung
bei einer darauffolgenden Energiezufuhr. In diesem Fall fällt – vom
Standpunkt des Aufrechterhaltens einer Energiezufuhrkapazität
der Speicherbatterievorrichtung aus – der Betrag von in der
Speicherbatterievorrichtung gespeicherter Energie bevorzugt in einen
vorbestimmten, geeigneten Bereich (nachstehend als ”vorbestimmter
Speicherbereich” bezeichnet), was eine Verschlechterung
der Vorrichtung und dergleichen verhindert. Somit steuert die erfindungsgemäße
Energiesteuervorrichtung eine durch die Brennstoffzelle zu erzeugende
Zufuhrenergie in Anbetracht einer Energie, die zu einem Aufrechterhalten
des Betrags von in der Speicherbatterievorrichtung gespeicherter
Energie innerhalb des vorbestimmten Speicherbereichs erforderlich
ist (das heißt Energie, die der Speicherbatterievorrichtung zuzuführen
oder zu entladen ist), zusätzlich zu der der ersten Antriebsvorrichtung
zuzuführenden Energie, wie vorstehend beschrieben. Auf
diese Weise ist es möglich, eine Verringerung des Energiezufuhrwirkungsgrads
im möglichen Maße zu vermeiden, während
die Antriebskraft der ersten Antriebsvorrichtung und der Betrag
von in der Speicherbatterievorrichtung gespeicherter Energie in
ihre jeweiligen bevorzugten Zustände versetzt werden.
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Die
sich bewegende Einheit, für die eine Energiezufuhr durch
das vorstehend beschriebene Energiezufuhrsystem durchgeführt
wird, kann ein Fahrzeug sein, und die erste Antriebsvorrichtung
kann Hauptantriebsräder in dem Fahrzeug antreiben, während
die zweite Antriebsvorrichtung Antriebsräder antreiben
kann, die von den Hauptantriebsrädern verschieden sind.
Die Hauptantriebsräder sind jene, die primär für
eine Bewegung des Fahrzeugs verantwortlich sind, und entsprechen
sogenannten Fronträdern eines frontgetriebenen Fahrzeugs
mit vorne liegender Brennkraftmaschine (FF, ”front-engine,
front wheel drive”) und Hinterrädern eines heckgetriebenen
Fahrzeugs mit vorne liegender Brennkraftmaschine (FR, ”front-engine,
rear wheel drive”). Deshalb ist es durch Verwenden der
ersten Antriebsvorrichtung primär zum Antreiben der Hauptantriebsräder möglich,
eine Bewegung des Fahrzeugs geeigneter zu steuern. Zusätzlich
ist noch immer vorzuziehen, dass die erste Antriebsvorrichtung eine
mechanische Komponente antreibt, die primär für
eine Bewegung der sich bewegenden Einheit verantwortlich ist, selbst
wenn die sich bewegende Einheit kein Fahrzeug ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 eine
Darstellung der schematischen Konfiguration eines Fahrzeugs, an
dem ein erfindungsgemäßes Energiezufuhrsystem
(Brennstoffzellensystem) angebracht ist;
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2A eine
Darstellung des einführenden Teils eines ersten Ablaufdiagramms,
das sich auf einen Energiezufuhrsteuerprozess bezieht, der hinsichtlich
Antriebsvorrichtungen des Fahrzeugs bei dem in 1 gezeigten
Energiezufuhrsystem durchzuführen ist;
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2B eine
Darstellung des Folgeteils des ersten Ablaufdiagramms, das sich
auf den Energiezufuhrsteuerprozess bezieht, der hinsichtlich der
Antriebsvorrichtungen des Fahrzeugs bei dem in 1 gezeigten
Energiezufuhrsystem durchzuführen ist;
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3A eine
Darstellung des einführenden Teils eines zweiten Ablaufdiagramms,
das sich auf einen Energiezufuhrsteuerprozess bezieht, der hinsichtlich
Antriebsvorrichtungen des Fahrzeugs bei dem in 1 gezeigten
Energiezufuhrsystem durchzuführen ist;
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3B eine
Darstellung des Folgeteils des zweiten Ablaufdiagramms, das sich
auf den Energiezufuhrsteuerprozess bezieht, der hinsichtlich der
Antriebsvorrichtungen des Fahrzeugs bei dem in 1 gezeigten
Energiezufuhrsystem durchzuführen ist; und
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4 eine
Darstellung einer Korrelation zwischen einem Ladezustand (SOC, ”state
of charge”) und einer Lade-/Entladelast Pbt3 in einer Batterie,
die in dem erfindungsgemäßen Energiezufuhrsystem vorgesehen
ist, wobei die Lade-/Entladelast eine quantitative Darstellung eines
für die Batterie durchzuführenden Lade-/Entladegrads
ist.
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BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE
ALS AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
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Eine
Ausführungsweise als Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Energiezufuhrsystems wird nachstehend
ausführlich auf der Grundlage der Zeichnungen beschrieben.
Das Energiezufuhrsystem gemäß der Ausführungsweise
ist ein Brennstoffzellensystem, das eine Brennstoffzelle 300 und
eine Batterie 400 zum Zuführen von Energie zu Antriebsmotoren
umfasst, die Antriebsvorrichtungen eines Automobils (Fahrzeugs) 100 entsprechen,
das wiederum einer erfindungsgemäßen sich bewegenden
Einheit entspricht.
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<Erstes
Ausführungsbeispiel>
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1 zeigt
eine Darstellung der schematischen Konfiguration des Fahrzeugs 100 als
ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Fahrzeug 100 beinhaltet:
die Brennstoffzelle 300, die Energie durch eine elektrochemische
Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt; die Batterie 400 als
eine wiederaufladbare Speicherbatterievorrichtung; und einen Gleichrichter
(DC-DC-Wandler) 200 als eine Energiewandlungsvorrichtung.
Die Brennstoffzelle 300 und die Batterie 400 sind
miteinander über den Gleichrichter 200 verbunden.
Der Gleichrichter 200 ist ein bidirektionaler Gleichrichter, der
eine aus der Brennstoffzelle 300 oder der Batterie 400 eingegebene
Spannung in eine Sollspannung umwandelt und diese anschließend
ausgibt. Es wird z. B. eine Protonenaustauschmembranbrennstoffzelle
als die Brennstoffzelle 300 verwendet, wohingegen z. B.
eine Bleispeicherbatterie oder eine Nickel-Wasserstoff-Speicherbatterie
als die Batterie 400 verwendet wird.
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Ein
erster Motor 320 ist als eine Antriebsvorrichtung des Fahrzeugs 100 über
einen Inverter 310 mit einer Energiequellenverdrahtung
zwischen der Brennstoffzelle 300 und dem Gleichrichter 200 verbunden.
In ähnlicher Weise ist ein zweiter Motor 420 als
eine Antriebsvorrichtung des Fahrzeugs 100 über einen
Inverter 410 mit der Energiequellenverdrahtung zwischen
der Batterie 400 und dem Gleichrichter 200 verbunden.
Sowohl der erste Motor 320 als auch der zweite Motor 420 sind
Dreiphasen-Synchronmotoren mit Regenerationsfunktionalitäten. Eine
Ausgabewelle des ersten Motors 320 ist über ein
Differentialgetriebe 330 mit einer Hinterradantriebswelle 340 derart
verbunden, dass die Hinterradantriebswelle 340 und mit
ihr verbundene Hinterräder 370 durch Umdrehung
der Ausgabewelle des ersten Motors 320 angetrieben werden.
Demgegenüber ist eine Ausgabewelle des zweiten Motors 420 über
ein Differentialgetriebe 430 mit einer Vorderradantriebswelle 440 derart
verbunden, dass die Vorderradantriebswelle 440 und mit
ihr verbundene Vorderräder 470 durch Umdrehung
der Ausgabewelle des zweiten Motors 420 angetrieben werden.
Die Inverter 310, 410 wandeln aus der Brennstoffzelle 300 und
der Batterie 400 ausgegebene Gleichströme in Dreiphasen-Wechselströme
um und führen diese dem ersten Motor 320 bzw.
dem zweiten Motor 420 zu.
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Ferner
sind ebenso Brennstoffzellenzusatzvorrichtungen 350, wie
z. B. ein Reformer und ein Luftkompressor, mit der Energiequellenverdrahtung zwischen
der Brennstoffzelle 300 und dem Gleichrichter 200 verbunden.
Die Brennstoffzellenzusatzvorrichtungen 350 sind Vorrichtungen,
die verwendet werden, um der Brennstoffzelle 300 ein wasserstoffhaltiges
Brennstoffgas und sauerstoffhaltige Luft zuzuführen, die
zur Erzeugung von Energie in der Brennstoffzelle 300 erforderlich
sind, und gewinnen ihre Betriebsströme aus der mit ihnen
verbundenen Energiequellenverdrahtung. Ferner sind ebenso Fahrzeugzusatzvorrichtungen 450,
wie z. B. eine Leuchteinrichtung und eine Audioeinrichtung, mit
der Energiequellenverdrahtung zwischen der Batterie 400 und
dem Gleichrichter 200 verbunden, und gewinnen ihre jeweiligen
Betriebsströme aus der mit ihnen verbundenen Energiequellenverdrahtung.
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Das
Fahrzeug 100 beinhaltet ferner eine ECU (elektronische
Steuereinheit, ”electronic control unit”) 500.
Die ECU 500 weist eine CPU (zentrale Prozessoreinheit, ”central
processing unit”) 510, einen ROM (Festwertspeicher, ”read-only
memory”) 520, einen RAM (Speicher mit wahlfreiem
Zugriff, ”random access memory”) 530 und
einen E/A-Anschluss 540 auf. Bei jeweiligen Teilen des
Fahrzeugs 100 vorgesehene Sensoren sind mit der ECU 500 elektrisch
verbunden, und je des der bei den Teilen erfassten Erfassungssignale
wird über den E/A-Anschluss 540 in die ECU 500 eingegeben.
Die ECU 500 steuert eine Energiezufuhr aus der Brennstoffzelle 300 und
der Batterie 400 zu jedem der Motoren auf der Grundlage
dieser Erfassungssignale.
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Beispiele
der Sensoren, die bei den jeweiligen Teilen des Fahrzeugs 100 vorgesehen
und mit der ECU 500 elektrisch verbunden sind, beinhalten
z. B. einen Beschleunigeröffnungssensor 612 zum
Erfassen eines Öffnungsgrads eines Beschleunigers, der
aus einem Drücken auf ein Gaspedal 610 resultiert;
einen Lenkwinkelsensor 632 zum Erfassen eines Lenkwinkels
einer Lenkung 630; Antriebswellensensoren 640 zum
Erfassen von Umdrehungen pro Minute der Hinterradantriebswelle 340 und
der Vorderradantriebswelle 440; einen Geschwindigkeitssensor 650 zum
Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit; einen Momentensensor 660 zum
Erfassen eines Drehmoments des Fahrzeugs; einen Temperatursensor
und ein Voltmeter, die nicht gezeigt sind, zum Erfassen eines Betriebszustands
der Brennstoffzelle 300; und einen Ladekapazitätssensor
und Voltmeter, die nicht gezeigt sind, zum Erfassen eines Ladezustands
der Batterie 400. Zusätzlich wird eine Energiezufuhr
aus der Brennstoffzelle 300 und der Batterie 400 zu
jedem der Motoren durch die ECU 500 z. B. unter Verwendung
der CPU 510 zum Einlesen eines in dem ROM 520 gespeicherten
Betriebssteuerprogramms in den RAM 530 und dann zum Ausführen
dessen gesteuert.
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In
dem auf diese Weise konfigurierten Fahrzeug 100 wird eine
Energiezufuhr zu den Antriebsvorrichtungen, d. h. dem ersten Motor 320 und
dem zweiten Motor 420, durch die Brennstoffzelle 300 und die
Batterie 400 durchgeführt. Da die Brennstoffzelle 300 und
die Batterie 400 über den Gleichrichter 200 verbunden
sind, ist es möglich, einem oder beiden der Motoren 320, 340 Energie
aus der Brennstoffzelle 300 und/oder der Batterie 400 zuzuführen.
Wird jedoch versucht, dem zweiten Motor 420 Energie aus der
Brennstoffzelle 300 oder dem ersten Motor 320 Energie
aus der Batterie 400 zuzuführen, dann wird eine
Energiezufuhr über den Gleichrichter 200 durchgeführt,
wodurch ein Energieverlust in dem Gleichrichter 200 anfallen
und im Ergebnis ein verringerter Energiezufuhrwirkungsgrad auftreten
kann. Zu diesem Zweck wird nun auf der Grundlage von 2A und 2B ein
Ausführungsbeispiel eines Energiezufuhrsteuerprozesses
beschrieben, der die Verringerung des Wirkungsgrads der Energiezufuhr
zu dem ersten Motor 320 und dem zweiten Motor 420 in dem
in 1 gezeigten Fahrzeug 100 im möglichen Maße
vermeiden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass 2A und 2B einen
Ablauf des Energiezufuhrsteuerprozesses auf Grund von räumlichen Beschränkungen
getrennt in zwei Teilen zeigen.
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Zuerst
wird in S101 ein Öffnungsgrad eines Beschleunigers des
Fahrzeugs 100 in einem bewegten Zustand (einschließlich
eines Anhaltezustands) durch ein Erfassungssignal aus dem Beschleunigeröffnungssensor 612 erfasst.
Diese Beschleunigeröffnung ist ein Parameter, der sich
auf eine Laufleistung (Geschwindigkeit und dergleichen) des Fahrzeugs 100 bezieht,
die durch einen das Fahrzeug 100 fahrenden Benutzer angefordert
wird. Ist der Betrieb des S101 erst einmal vollendet, dann geht
der Prozess zu S102 über. In S102 werden Umdrehungen pro
Minute des ersten Motors 320 und des zweiten Motors 420 zum
gegenwärtigen Zeitpunkt erfasst. Die Umdrehungen pro Minute
eines jeden Motors werden auf der Grundlage einer Ausgabe eines
bei jedem Motor vorgesehenen Drehmessgebers und/oder von Erfassungssignalen
aus dem Antriebswellensensor 640 und dem Geschwindigkeitssensor 650 erfasst
oder berechnet.
-
Zusätzlich
wird ein Lenkwinkel der Lenkung 630 über den Lenkwinkelsensor 632 und
wird ein Drehmoment des Fahrzeugs 100 über den
Momentensensor 660 als Betriebe erfasst, die von jenen
in den vorstehend beschriebenen S101, S102 verschieden sind. Diese
Betriebe werden durchgeführt, um den bewegten Zustand des
Fahrzeugs 100 zum gegenwärtigen Zeitpunkt festzustellen.
Sind diese Betriebe erst einmal vollendet, dann werden Betriebe von
S103, S104 durchgeführt.
-
Zum
Zwecke eines Gewinnens der durch den Benutzer des Fahrzeugs 100 angeforderten Laufleistung
auf der Grundlage des bewegten Zustands des Fahrzeugs 100,
der durch die vorstehend beschriebenen Betriebe in S101, S102 und
die anderen Betriebe erfasst wird, werden Ausgaben berechnet, die
durch den ersten Motor 320 und den zweiten Motor 420 zum
gegenwärtigen Zeitpunkt auszuüben sind, das heißt,
es wird in S103 eine von dem ersten Motor 320 anzufordernde
Ausgabe oder Pm1 berechnet, und es wird in S104 eine von dem zweiten Motor 420 anzufordernde
Ausgabe oder Pm2 berechnet. Es sei darauf hingewiesen, dass das
Fahrzeug 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel
ein Fahrzeug mit durch den zweiten Motor 420 angetriebenen Fronträdern
und durch den ersten Motor 320 angetriebenen Hinterrädern
ist, und somit maximal zu einem Vierradantrieb in der Lage ist.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass obwohl der erste Motor 320 eine maximale
Momentanausgabe vergleichbar jener des zweiten Motors 420 aufweist,
eine Dauernennausgabe des ersten Motors 320 höher
als jene des zweiten Motors 420 ist, so dass der erste
Motor 320 eine längere Zeitspanne eines Hochausgabeantriebs
verkraften kann. Deshalb sind in dem Fahrzeug 100 die Hinterräder
Hauptantriebsräder, und es ist die Brennstoffzelle 300,
die zu einem Zuführen von Energie direkt zu dem ersten
Motor 320 angeordnet ist, der zu einem Antreiben der Hauptantriebsräder
ohne Verwendung des Gleichrichters 200 dient.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die angeforderten Ausgaben bzw. Anforderungsausgaben
Pm1, Pm2 für den ersten Motor 320 und den zweiten
Motor 420 auf der Grundlage des erfassten Öffnungsgrads des
Beschleunigers und der erfassten Umdre hungen pro Minute eines jeden
Motors sowie der Laufleistung gemäß Benutzeranforderung,
Laufstabilität des Fahrzeugs 100 und dergleichen
in Anbetracht von den bewegten Zustand des Fahrzeugs 100 anzeigenden Parametern
berechnet werden, wie der Lenkwinkel der Lenkung 630, das
Drehmoment des Fahrzeugs 100 und dergleichen. Wird z. B.
durch den Benutzer ein Beschleunigen angefordert, dann versucht
das Fahrzeug 100, durch Erhöhen der Ausgabe eines
jeden Motors zu beschleunigen. Da die Laufstabilität des
Fahrzeugs 100 womöglich verringert wird, wenn der
Lenkwinkel der Lenkung 630 größer einem
vorbestimmten Winkel ist, dann wird die Ausgabeanforderung für
jeden Motor derart bestimmt, dass die Antriebskraft für
die Hinterräder des Fahrzeugs 100 mit jener für
die Vorderräder ausgeglichen werden kann. Es sei darauf
hingewiesen, dass die Anforderungsausgabe für jeden Motor
in Anbetracht der Tatsache berechnet wird, dass der erste Motor 320 der
Motor zum Antreiben der Hauptantriebsräder ist, wie vorstehend
beschrieben. Ist der Betrieb des S104 erst einmal vollendet, dann
geht der Prozess zu S105 über.
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In
S105 wird eine maximal durch die Brennstoffzelle 300 zum
gegenwärtigen Zeitpunkt verfügbare Ausgabe oder
Pfc berechnet. Diese maximal verfügbare Ausgabe Pfc wird
unter der Annahme, dass der Brennstoffzelle 300 ein maximaler
Betrag von Wasserstoff zugeführt wurde, und in Anbetracht von
Parametern mit Einfluss auf die momentane Ausgabe bestimmt, wie
z. B. Zelltemperatur der Brennstoffzelle 300. Ist der Betrieb
des S105 erst einmal vollendet, dann geht der Prozess zu S106 über.
-
In
S106 wird eine Beurteilung durchgeführt, ob die in S105
berechnete, maximal verfügbare Ausgabe Pfc der Brennstoffzelle 300 größer
oder gleich einer Summe der Ausgabeanforderung Pm1 für
den ersten Motor 320 und eines FC-(Brennstoffzelle, ”fuel cell”)-Zusatzverlusts αfc,
d. h. einer zum Antreiben der Brennstoffzellenzusatzvorrichtungen 350 erforderlichen
Ausgabe, ist oder nicht. Die Ausgabesumme ist eine Summe der Ausgaben,
die zum Antreiben der Vorrichtungen und dergleichen erforderlich
sind, die auf Seiten der Brennstoffzelle 300 hinsichtlich
des Gleichrichters 200 als eine Referenz elektrisch angeordnet
sind (mit anderen Worten die Vorrichtungen und dergleichen, die
nicht auf Seiten der Batterie 400 elektrisch angeordnet
sind), wie ebenso klar aus 1 ersichtlich
ist. Deshalb kann die Beurteilung in S106 als eine Beurteilung bezeichnet
werden, ob dem ersten Motor 320 und den Brennstoffzellenzusatzvorrichtungen 350 Energie
aus der Brennstoffzelle 300 ohne Verwendung des Gleichrichters 200 zugeführt
werden kann oder nicht. Der Prozess geht zu S107 über,
falls in S106 eine bestätigende Beurteilung durchgeführt
wird, und geht zu S108 über, falls in S106 eine negative
Beurteilung durchgeführt wird.
-
Die
bestätigende Beurteilung in S106 stellt dar, dass es möglich
ist, dem ersten Motor 320 und den Brennstoffzellenzusatzvorrichtungen 350 (nachstehend
einfach als ”erster Motor und dergleichen” bezeichnet)
Energie aus der Brennstoffzelle 300 ohne Verwendung des
Gleichrichters 200 zuzuführen. Somit wird in S107
dem ersten Motor 320 und dergleichen ein Teil der maximal
verfügbaren Ausgabe Pfc der Brennstoffzelle 300 zugeführt.
Da zu diesem Zeitpunkt dem ersten Motor 320 und dergleichen die
Zufuhrenergie ohne Verwendung des Gleichrichters 200 zugeführt
wird, tritt kein in dem Gleichrichter 200 anfallender Energieverlust
auf. Ebenso wird in diesem Fall der bestätigenden Beurteilung
folglich eine Energiezufuhr aus der Batterie 400 zu dem
ersten Motor 320 und dergleichen auf Grund des Betriebs
in S107 verhindert. Somit gibt es keine über den Gleichrichter 200 durchzuführende
Energiezufuhr.
-
Die
negative Beurteilung in S106 stellt dar, dass es nicht möglich
ist, dem ersten Motor 320 und den Brennstoffzellen zusatzvorrichtung 350 hinreichende
Energie aus der Brennstoffzelle 300 ohne Verwendung des
Gleichrichters 200 zuzuführen. Somit wird in Betrieben
bei S108 und danach (S108 bis S111) eine Energiezufuhr aus der Batterie 400 zu dem
ersten Motor 320 und dergleichen in Betracht gezogen. In
S108 wird eine maximal verfügbare Ausgabe Pbt1 der Batterie 400 zum
gegenwärtigen Zeitpunkt berechnet. Diese maximal verfügbare
Ausgabe Pbt1 wird unter der Annahme, dass die Batterie 400 den
gesamten zum gegenwärtigen Zeitpunkt durch sie gespeicherten
Energiebetrag entlädt, und in Anbetracht von Parametern
mit Einfluss auf die momentane Ausgabe berechnet, wie z. B. eine
Temperatur der Batterie 400. Ist der Betrieb des S108 erst
einmal vollendet, dann geht der Prozess zu S109 über.
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In
S109 wird eine Beurteilung durchgeführt, ob eine Summe
der vorstehend beschriebenen maximal verfügbaren Ausgabe
Pfc und der in S108 berechneten, maximal verfügbaren Ausgabe
Pbt1 der Batterie 400 größer oder gleich
der vorstehend beschriebenen Summe der Ausgabeanforderung Pm1 und
des FC-Zusatzverlusts αfc ist oder nicht. Mit anderen Worten
beurteilt die Beurteilung in S109, ob die Ausgabeanforderung für
den ersten Motor 320 und dergleichen durch eine Energiezufuhr
aus der Brennstoffzelle 300 ohne Verwendung des Gleichrichters 200 und
durch eine Energiezufuhr aus der Batterie 400 über
den Gleichrichter 200 erfüllt werden kann oder
nicht. Der Prozess geht zu S110 über, falls in S109 eine
bestätigende Beurteilung durchgeführt wird, und
geht zu S111 über, falls in S109 eine negative Beurteilung
durchgeführt wird.
-
Die
bestätigende Beurteilung in S109 stellt dar, dass es möglich
ist, die Ausgabeanforderung für den ersten Motor 320 und
dergleichen zu erfüllen. Somit wird in S110 die maximal
verfügbare Ausgabe Pfc der Brennstoffzelle 300 zum
gegenwärtigen Zeitpunkt vollständig dem ersten
Motor 320 und dergleichen zugeführt, wobei deren
Mangel durch die in der Batterie 400 gespeicherte Energie
gedeckt wird. Deshalb ist es möglich, die über
den Gleichrichter 200 zuzuführende Energie zu
minimieren und dadurch einen Energieverlust in dem Gleichrichter 200 im
möglichen Maße zu unterdrücken.
-
Demgegenüber
stellt die negative Beurteilung in S109 dar, dass es möglich
ist, die Ausgabeanforderung für den ersten Motor 320 und
dergleichen zu erfüllen. Somit werden in S111 die jeweiligen
maximal verfügbaren Ausgaben der Brennstoffzelle 300 und
der Batterie 400 vollständig dem ersten Motor 320 und
dergleichen zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt ist es zum Zwecke
eines Maximierens einer Energieerzeugung in der Brennstoffzelle 300 vorzuziehen, dass
die Energie aus der Brennstoffzelle 300 und dergleichen
bevorzugt den Brennstoffzellenzusatzvorrichtungen 350 zugeführt
wird, wobei die Restenergie dem ersten Motor 320 zugeführt
wird. In diesem Fall gibt es eine Möglichkeit, dass der
erste Motor 320 seine Ausgabe nicht hinreichend ausüben
kann.
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Ist
erst einmal zumindest einer der S107, S110 und S111 vollendet, dann
geht der Prozess zu S112 über. In S112 wird eine verfügbare
Ausgabe Pbt2 der Batterie 400 zum gegenwärtigen
Zeitpunkt berechnet. Diese verfügbare Ausgabe Pbt2 wird
unter der Annahme, dass die Batterie 400 die gesamte durch
sie gespeicherte Energie als ein Ergebnis der Betriebe in S107,
S110 oder S111 entladen hat, und in Anbetracht von Parametern mit
Einfluss auf die momentane Ausgabe berechnet, wie z. B. eine Temperatur
der Batterie 400. Es wird z. B. in S112, der S107 nachfolgt,
da die Batterie 400 in S107 nicht entladen wurde, die Energie,
die in der Batterie 400 zu dem Zeitpunkt des Beginns des
Steuerprozesses gespeichert war, als die verfügbare Ausgabe
Pbt2 berechnet. Es wird in S112, der S110 nachfolgt, da die Batterie 400 in
S110 entladen wurde, die Energie, die in der Batterie 400 nach
dem Entladen gespeichert blieb, als die verfügbare Ausgabe
Pbt2 berechnet. In S112, der S111 nachfolgt, wird die verfügbare
Ausgabe Pbt2 zu Null, da die Batterie 400 in S111 vollständig
entladen wurde. Ist der Betrieb des S112 erst einmal vollendet,
dann geht der Prozess zu S113 über.
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In
S113 wird eine Beurteilung durchgeführt, ob die in S112
berechnete verfügbare Ausgabe Pbt2 der Batterie 400 größer
oder gleich einer Summe der Anforderungsausgabe Pm2 für
den zweiten Motor 420 und eines Fahrzeugzusatzverlusts αbt,
d. h. einer zum Antreiben der Fahrzeugzusatzvorrichtungen 450 erforderlichen
Ausgabe, ist oder nicht. Die Ausgabesumme ist eine Summe der Ausgaben,
die zum Antreiben der Vorrichtungen und dergleichen erforderlich
sind, die auf Seiten der Batterie 400 hinsichtlich des
Gleichrichters 200 als eine Referenz elektrisch angeordnet
sind (mit anderen Worten die Vorrichtungen und dergleichen, die
nicht auf Seiten der Brennstoffzelle 300 elektrisch angeordnet
sind), wie ebenso klar aus 1 ersichtlich
ist. Deshalb kann die Beurteilung in S113 als eine Beurteilung bezeichnet
werden, ob dem zweiten Motor 420 und den Fahrzeugzusatzvorrichtungen 450 Energie
aus der Batterie 400 ohne Verwendung des Gleichrichters 200 zugeführt
werden kann oder nicht. Der Prozess geht zu S114 über,
falls in S113 eine bestätigende Beurteilung durchgeführt
wird, und geht zu S115 über, falls in S113 eine negative
Beurteilung durchgeführt wird.
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Die
bestätigende Beurteilung in S113 stellt dar, dass es möglich
ist, dem zweiten Motor 420 und den Fahrzeugzusatzvorrichtungen 450 (nachstehend einfach
als ”zweiter Motor und dergleichen” bezeichnet)
Energie aus der Batterie 400 ohne Verwendung des Gleichrichters 200 zuzuführen.
Somit wird in S114 dem zweiten Motor 420 und dergleichen
ein Teil der verfügbaren Ausgabe Pbt2 der Batterie 400 zugeführt.
Da zu diesem Zeitpunkt dem zweiten Motor 420 und dergleichen
die Zufuhrenergie ohne Verwendung des Gleichrichters 200 zugeführt
wird, tritt kein in dem Gleichrichter 200 anfal lender Energieverlust auf.
Ebenso wird in diesem Fall der bestätigenden Beurteilung
folglich eine Energiezufuhr aus der Brennstoffzelle 300 zu
dem zweiten Motor 420 und dergleichen auf Grund des Betriebs
in S114 verhindert. Somit gibt es keine über den Gleichrichter 200 durchzuführende
Energiezufuhr.
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Die
negative Beurteilung in S113 stellt dar, dass es nicht möglich
ist, dem zweiten Motor 420 und den Fahrzeugzusatzvorrichtungen 450 hinreichende Energie
aus der Batterie 400 ohne Verwendung des Gleichrichters 200 zuzuführen.
In diesem Fall wird in S115 dem zweiten Motor 420 und dergleichen
die vollständige verfügbare Ausgabe Pbt2 der Batterie 400 zugeführt.
Zu diesem Zeitpunkt ist es zum Zwecke eines Ausübens seiner
Ausgabe im maximal möglichen Maße durch den zweiten
Motor 420 vorzuziehen, dass die Energie aus der Batterie 400 bevorzugt
dem zweiten Motor 200 zugeführt wird, wobei die
Restenergie den Fahrzeugzusatzvorrichtungen 450 zugeführt
wird. In diesem Fall gibt es eine Möglichkeit, dass die
Fahrzeugzusatzvorrichtungen 450 nicht hinreichend angetrieben
werden können. Ist erst einmal der Betrieb des S114 oder
S115 vollendet, dann endet der Steuerprozess.
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Gemäß dem
Steuerprozess wird eine Energiezufuhr über den Gleichrichter 200 unterbunden, wenn
der erste Motor 320 und dergleichen und der zweite Motor 420 und
dergleichen durch jeweilige Zufuhrenergien aus der Brennstoffzelle 300 und
der Batterie 400 hinreichend angetrieben werden. Demgegenüber
wird hinsichtlich des ersten Motors 320 zum Antreiben der
Hinterräder oder der Hauptantriebsräder des Fahrzeugs 100 lediglich
dann, wenn die Brennstoffzelle 300 keine hinreichende,
zum Antrieben des ersten Motors 320 erforderliche Energie bereitstellen
kann, jene Energiezufuhr aus der Batterie 400 über
den Gleichrichter 200 zu dem ersten Motor 320 zugelassen.
Deshalb ist es durch eine Einschränkung da hingehend, dass
eine Ausführung der Energiezufuhr über den Gleichrichter 200 lediglich unter
einer vorbestimmten Bedingung erfolgt, möglich, einen Energieverlust
in dem Gleichrichter 200 zu unterdrücken und dadurch
eine Verringerung des Wirkungsgrads der Energiezufuhr zu jedem Motor und
dergleichen im möglichen Maße zu vermeiden.
-
<Zweites
Ausführungsbeispiel>
-
Nun
wird auf der Grundlage von 3A, 3B und 4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel eines Energiezufuhrsteuerprozesses
beschrieben, der eine Verringerung des Wirkungsgrads der Energiezufuhr
zu dem ersten Motor 320 und dem zweiten Motor 420 in
dem in 1 gezeigten Fahrzeug 100 im möglichen
Maße vermeiden kann. Ähnlich den 2A und 2B,
zeigen ebenso 3A und 3B einen
Ablauf des Energiezufuhrsteuerungsprozesses auf Grund von räumlichen
Einschränkungen getrennt in zwei Teilen. 4 zeigt
eine Korrelation zwischen einem Ladezustand (SOC) und einer Lade-/Entladelast
Pbt3 in der Batterie 400, wobei die Lade-/Entladelast eine
quantitative Darstellung eines Grads an für die Batterie 400 durchzuführender
Ladung/Entladung ist.
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Unter
Betrieben in dem in 3A, 3B gezeigten
Energiezufuhrsteuerprozess sind die Betriebe, die mit jenen in dem
in 2A, 2B gezeigten Energiezufuhrsteuerprozess
identisch sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden
daher nicht ausführlich beschrieben. In dem Energiezufuhrsteuerprozess
gemäß dem Ausführungsbeispiel folgt ein
Betrieb von S201 dem Betrieb von S105. In S201 wird ein Ladezustand
der Batterie 400 durch SOC erfasst. In der Batterie 400 wird
eine Ausgabe durch die Batterie 400 zum gegenwärtigen Zeitpunkt
auf der Grundlage dieses SOC berechnet, wobei eine Ausgabespannung
unter dem Vollladezustand einem SOC von 100% entspricht, und eine Ausgabespannung,
wenn der Betrag von gespeicherter Energie Null be trägt,
einem SOC von 0% entspricht. Ist der Betrieb des S201 erst einmal
vollendet, dann geht der Prozess zu S202 über.
-
In
S202 wird eine Lade-/Entladelast Pbt3 für die Batterie 400 auf
der Grundlage des in S201 berechneten SOC der Batterie 400 berechnet.
Im Einzelnen ist ein Kennfeld, das die in 4 gezeigte Korrelation
zwischen SOC und Lade-/Entladelast Pbt3 darstellt, in der ECU 500 gespeichert,
und der Betrieb von S202 wird durch Zugreifen auf dieses Kennfeld
ausgeführt. Wie in 4 gezeigt,
zeigt die Korrelation zwischen SOC und Lade-/Entladelast Pbt3 eine
Lade-/Entladelast Pbt3 von Null, wenn sich der SOC in dem Bereich
von 45% bis 55% befindet (nachstehend als ”geeigneter SOC-Bereich” bezeichnet).
Das bedeutet, dass sich die Batterie 400 – vom Standpunkt
des Aufrechterhaltens einer Ausgabeeigenschaft der Batterie 400 aus – in
einem äußerst bevorzugten Ladezustand befindet
und somit weder ein Laden noch ein Entladen erfordert, wenn sich
der SOC in diesem Bereich befindet, was eine Verschlechterung der
Batterie 400 und dergleichen verhindert. Ist der SOC demgegenüber
kleiner oder gleich 45%, dann bedeutet das, dass die Batterie 400 einen
geringen Betrag von gespeicherter Energie aufweist, was zu einem
positiven Wert der Lade-/Entladelast Pbt3 führt und somit
ein Laden der Batterie 400 erfordert. Zusätzlich
ist, je größer die Lade-/Entladelast Pbt3 ist,
der erforderliche Ladebetrag desto größer. Ist
der SOC größer oder gleich 55%, dann bedeutet
das, dass die Batterie 400 einen großen Betrag
von gespeicherter Energie aufweist, was zu einem negativen Wert
der Lade-/Entladelast Pbt3 führt und somit ein Entladen
der Batterie 400 erfordert. Je kleiner die Lade-/Entladelast
Pbt3 ist, desto größer ist der erforderliche Entladebetrag.
Ist der Betrieb des S202 erst einmal vollendet, dann geht der Prozess
zu S203 über.
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In
S203 wird eine Beurteilung durchgeführt, ob die in S105
berechnete, maximal verfügbare Ausgabe Pfc der Brennstoffzelle 300 größer
oder gleich einer Summe der Ausgabeanforderung Pm1 für
den ersten Motor 320, des FC-Zusatzverlusts αfc – d.
h. einer zum Antreiben der Brennstoffzellenzusatzvorrichtungen 350 erforderlichen
Ausgabe – und der in S202 berechneten Lade-/Entladelast
Pbt3 ist oder nicht. Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben, ist die Ausgabesumme eine Summe der Ausgaben, die zum
Antreiben der Vorrichtungen und dergleichen erforderlich sind, die
auf Seiten der Brennstoffzelle 300 hinsichtlich des Gleichrichters 200 als
eine Referenz elektrisch angeordnet sind, und der Ausgabe, die zu
einem Aufrechterhalten des SOC der Batterie 400 innerhalb
des geeigneten SOC-Bereichs erforderlich ist. Deshalb kann die Beurteilung
in S203 als eine Beurteilung bezeichnet werden, ob dem ersten Motor 320 und
den Brennstoffzellenzusatzvorrichtungen 350 Energie aus
der Brennstoffzelle 300 ohne Verwendung des Gleichrichters 200 zugeführt
werden kann oder nicht, während die Batterie 400 durch
eine Erzeugung von Energie durch die Brennstoffzelle 300 in
einem geeigneten Ladezustand aufrechterhalten wird. Der Prozess geht
zu S204 über, falls in S203 eine bestätigende Beurteilung
durchgeführt wird, und geht zu S205 über, wenn
in S203 eine negative Beurteilung durchgeführt wird.
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Die
bestätigende Beurteilung in S203 stellt dar, dass es möglich
ist, dem ersten Motor 320 und den Brennstoffzellenzusatzvorrichtungen 350 Energie
aus der Brennstoffzelle 300 ohne Verwendung des Gleichrichters 200 zuzuführen,
während der Ladezustand der Brennstoffzelle 400 in
einen geeigneten Bereich versetzt wird. Somit wird in S204 dem ersten
Motor 320 und dergleichen in der Brennstoffzelle 300 erzeugte
Energie zugeführt, während ein Laden oder Entladen
der Brennstoffzelle 400 durchgeführt wird. Das
heißt, der Batterie 400 wird Energie aus der Brennstoffzelle 300 zugeführt,
falls die Lade-/Entladelast Pbt3 einen positiven Wert annimmt, wohingegen
Energie aus der Batterie 400 entladen und dem ersten Motor 320 und
dergleichen zugeführt wird, falls die Lade-/Entladelast
Pbt3 einen negativen Wert annimmt. Somit ist es möglich,
eine Energiezufuhr zu dem ersten Motor 320 und dergleichen
ohne Verwendung des Gleichrichters 200 durchzuführen, während
der Ladezustand der Batterie 400 in einem geeigneten Zustand
aufrechterhalten wird.
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Die
negative Beurteilung in S203 stellt dar, dass es nicht möglich
ist, dem ersten Motor 320 und den Brennstoffzellenzusatzvorrichtungen 350 hinreichende
Energie aus der Brennstoffzelle 300 bereitzustellen, ohne
den Gleichrichter 200 zu verwenden und gleichzeitig den
Ladezustand der Brennstoffzelle 400 in einen geeigneten
Zustand zu versetzen. Somit wird in S205 durch die Brennstoffzelle 300 erzeugte Energie
bevorzugt dem ersten Motor 320 und dergleichen zugeführt,
und falls die Lade-/Entladelast Pbt3 einen positiven Wert annimmt,
dann wird die Restenergie der Batterie 400 zugeführt.
Es sei darauf hingewiesen, dass falls die Lade-/Entladelast Pbt3
einen negativen Wert annimmt, dann aus der Batterie 400 entladene
Energie dem ersten Motor 320 und dergleichen zugeführt
werden kann.
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Ist
der Betrieb des S204 oder S205 erst einmal vollendet, dann geht
der Prozess zu S112 über. In S112 wird eine verfügbare
Ausgabe Pbt2 der Batterie 400 wie vorstehend beschrieben
berechnet. Da jedoch in S112, der dem Betrieb des S204 nachfolgt, der
SOC der Batterie 400 sicher in den geeigneten SOC-Bereich
fällt, ist es möglich, eine Energiezufuhr durch
die Batterie 400 stabil durchzuführen.
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Gemäß dem
Steuerprozess ist es durch eine Einschränkung dahingehend,
dass die Ausführung der Energiezufuhr über den
Gleichrichter 200 lediglich unter einer vorbestimmten Bedingung
erfolgt, möglich, einen Energieverlust in dem Gleichrichter 200 zu
unterdrücken und dadurch eine Verringerung des Wirkungsgrads
der Energiezufuhr zu jedem Motor und dergleichen im möglichen
Maße zu vermeiden, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
Außerdem ist es ebenso möglich, den Ladezustand
der Batterie 400 im möglichen Maße in
einem geeigneten Zustand aufrechtzuerhalten.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Wie
vorstehend beschrieben, ist es gemäß einem Energiezufuhrsystem
der Erfindung, das aus einer Vielzahl von Energiezufuhrvorrichtungen
gebildet ist, die über eine Energiewandlungsvorrichtung, wie
einen Gleichrichter, verbunden sind, möglich, eine Verringerung
eines Wirkungsgrads einer Energiezufuhr zu einer Antriebsvorrichtung
einer sich bewegenden Einheit im möglichen Maße
zu vermeiden.
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Ein
Energiezufuhrsystem ist zum Zuführen von Energie zu einer
ersten Antriebsvorrichtung und einer zweiten Antriebsvorrichtung
vorgesehen, die als eine Antriebsquelle einer sich bewegenden Einheit
fungieren. Eine Brennstoffzelle und eine Speicherbatterievorrichtung
sind über eine Energiewandlungsvorrichtung verbunden. Die
Brennstoffzelle kann der ersten Antriebsvorrichtung Energie beziehungsweise
die Speicherbatterievorrichtung kann der zweiten Antriebsvorrichtung
Energie ohne Verwendung der Energiewandlungsvorrichtung zuführen.
Ist eine Ausgabeanforderung aus der sich bewegenden Einheit eine
normale Ausgabeanforderung, dann wird jeder der Antriebsvorrichtungen
Energie durch die Brennstoffzelle beziehungsweise die Speicherbatterievorrichtung
zugeführt. Lediglich dann, wenn eine Energie, die der ersten
Antriebsvorrichtung wie in der Ausgabeanforderung aus der sich bewegenden
Einheit zuzuführen ist, größer einem Betrag
von Energie ist, der durch die Brennstoffzelle erzeugt werden kann,
wird jene Energiezufuhr aus der Speicherbatterievorrichtung über
die Energiewandlungsvorrich tung zu der ersten Antriebsvorrichtung
zugelassen. Somit ist es in einem Energiezufuhrsystem, das aus einer
Vielzahl von Energiezufuhrvorrichtungen gebildet ist, die über
eine Energiewandlungsvorrichtung verbunden sind, möglich,
eine Verringerung des Wirkungsgrads der Energiezufuhr zu einer Antriebsvorrichtung
einer sich bewegenden Einheit im möglichen Maße
zu vermeiden.
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Zusammenfassung
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Ein
Energiezufuhrsystem ist zum Zuführen von Energie zu einer
ersten Antriebsvorrichtung und einer zweiten Antriebsvorrichtung
vorgesehen, die als eine Antriebsquelle einer sich bewegenden Einheit
fungieren. Eine Brennstoffzelle und eine Speicherbatterievorrichtung
sind über eine Energiewandlungsvorrichtung verbunden. Die
Brennstoffzelle kann der ersten Antriebsvorrichtung Energie beziehungsweise
die Speicherbatterievorrichtung kann der zweiten Antriebsvorrichtung
Energie ohne Verwendung der Energiewandlungsvorrichtung zuführen.
Ist eine Ausgabeanforderung aus der sich bewegenden Einheit eine
normale Ausgabeanforderung, dann wird jeder der Antriebsvorrichtungen
Energie durch die Brennstoffzelle beziehungsweise die Speicherbatterievorrichtung
zugeführt. Lediglich dann, wenn eine Energie, die der ersten
Antriebsvorrichtung wie in der Ausgabeanforderung aus der sich bewegenden
Einheit zuzuführen ist, größer einem Betrag
von Energie ist, der durch die Brennstoffzelle erzeugt werden kann,
wird jene Energiezufuhr aus der Spei cherbatterievorrichtung über
die Energiewandlungsvorrichtung zu der ersten Antriebsvorrichtung
zugelassen. Somit ist es in einem Energiezufuhrsystem, das aus einer
Vielzahl von Energiezufuhrvorrichtungen gebildet ist, die über
eine Energiewandlungsvorrichtung verbunden sind, möglich,
eine Verringerung des Wirkungsgrads der Energiezufuhr zu einer Antriebsvorrichtung
einer sich bewegenden Einheit im möglichen Maße
zu vermeiden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2006141097 [0003]
- - JP 2002118979 [0003]