DE112008000423T5 - Energiezufuhrsystem - Google Patents

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DE112008000423T5
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Kenichi Hamada
Nobuyuki Kitamura
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Toyota Motor Corp
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Abstract

Energiezufuhrsystem, das an einer sich bewegenden Einheit angebracht ist, 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 als Antwort auf eine 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,...

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Energiezufuhrsystem zum Zuführen von Energie zu einer Antriebsvorrichtung einer sich bewegenden Einheit.
  • VERWANDTER STAND DER TECHNIK
  • 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).
  • 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
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • 1 eine Darstellung der schematischen Konfiguration eines Fahrzeugs, an dem ein erfindungsgemäßes Energiezufuhrsystem (Brennstoffzellensystem) angebracht ist;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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
  • 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.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE ALS AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
  • 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.
  • <Erstes Ausführungsbeispiel>
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • 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.
  • 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.
  • Zusammenfassung
  • 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
  • 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 2006141097 [0003]
    • - JP 2002118979 [0003]

Claims (5)

  1. Energiezufuhrsystem, das an einer sich bewegenden Einheit angebracht ist, 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 als Antwort auf eine 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.
  2. Energiezufuhrsystem gemäß Anspruch 1, wobei die normale Ausgabeanforderung eine Ausgabeanforderung innerhalb eines Bereichs ist, 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 die Energiesteuervorrichtung die Energiezufuhr derart steuert, 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.
  3. Energiezufuhrsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Energiesteuervorrichtung eine Steuerung derart durchführt, 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, das heißt der Rest der der ersten Antriebsvorrichtung zuzuführenden Energie nach Abzug der maximal verfügbaren Energie der Brennstoffzelle, der ersten Antriebsvorrichtung aus der Speicherbatterievorrichtung zugeführt wird.
  4. Energiezufuhrsystem gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Speicherbatterievorrichtung durch die Brennstoffzelle erzeugte Energie und/oder durch Regeneration in der ersten Antriebsvorrichtung und/oder der zweiten Antriebsvorrichtung erzeugte, regenerative, elektrische Energie speichert und die gespeicherte Energie zur Energiezufuhr verwendet, und die Energiesteuervorrichtung gemäß einem Ladezustand der Speicherbatterievorrichtung Energie bestimmt, die der Speicherbatterievorrichtung zuzuführen ist oder aus der Speicherbatterievorrichtung zugeführt wird, und die bestimmte Energie der der ersten Antriebsvorrichtung zuzufüh renden Energie hinzufügt, um die Zufuhr von durch die Brennstoffzelle zu erzeugender Energie zu steuern.
  5. Energiezufuhrsystem gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die sich bewegende Einheit ein Fahrzeug ist, die erste Antriebsvorrichtung Hauptantriebsräder in dem Fahrzeug antreibt, und die zweite Antriebsvorrichtung Antriebsräder in dem Fahrzeug antreibt, die von den Hauptantriebsrädern verschieden sind.
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