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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Brennstoffzellen-Kühlsystem für Fahrzeuge, in die eine Brennstoffzelle eingebaut ist, und ein brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Das Patentdokument 1 offenbart ein Fahrzeug, das mit luftgekühlten Brennstoffzellen ausgestattet ist. Diese Technologie verwendet den Wind, dem das Fahrzeug während der Fahrt ausgesetzt ist, um die Brennstoffzellen zu kühlen. Zusätzlich ist eine gesonderte Druckquelle, wie etwa ein Lüfter, bereitgestellt, um die Brennstoffzellen zu kühlen. Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird gemessen. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit eine geringe Geschwindigkeit ist, wird der Lüfter betätigt, um die Brennstoffzellen zu kühlen. Wenn eine Außentemperatur hoch ist, wird der Lüfter ebenfalls betätigt, um die Brennstoffzellen zu kühlen.
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TECHNISCHES DOKUMENT DES STANDS DER TECHNIK
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PATENTDOKUMENT
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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PROBLEM, DAS DIE ERFINDUNG LÖSEN SOLL
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Doch die in dem Patentdokument 1 gelehrte Technologie weist das Problem auf, dass es keine Maßnahme zur Regulierung des Fahrtwinds gibt und es daher unmöglich ist, die Brennstoffzellen unter Verwendung des Fahrtwinds je nach den Umständen zu kühlen.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Brennstoffzelle durch den Fahrtwind je nach den Umständen zu kühlen.
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MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
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- (1) Ein Aspekt der Erfindung ist ein Brennstoffzellen-Kühlsystem für ein Fahrzeug, umfassend einen ersten Lufteinlass, der in einem vorderen Abschnitt (Frontabschnitt) eines Fahrzeugs bereitgestellt ist, einen Luftzufuhrpfad, der von dem ersten Lufteinlass eingebrachte Luft zu einer Brennstoffzelle führt, die einem Antriebsmotor elektrischen Strom liefert, ein Regulierelement, das in dem Luftzufuhrpfad bereitgestellt ist und eine Luftmenge, die von dem Luftzufuhrpfad zu der Brennstoffzelle geführt werden soll, reguliert, ein Gebläse, das einen Luftstrom zu der Brennstoffzelle bereitstellt, und einen Steuerabschnitt, der das Regulierelement und das Gebläse steuert, um eine von dem Luftzufuhrpfad und dem Gebläse zu der Brennstoffzelle geführte Luftmenge zu regulieren.
- (2) Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist so gestaltet, dass bei dem Aspekt (1) ferner ein Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektionsabschnitt, der eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs detektiert, bereitgestellt ist, wobei der Steuerabschnitt so arbeitet, dass er aus einer Leistungsabgabe der Brennstoffzelle eine für die Brennstoffzelle erforderliche Luftdurchflussmenge (Luftdurchsatz) ermittelt, um das Regulierelement auf Basis der erforderlichen Luftdurchflussmenge und der Fahrzeuggeschwindigkeit zu steuern, wodurch die Menge der Luft, die von dem Luftzufuhrpfad zu der Brennstoffzelle geführt wird, reguliert wird, und wobei der Steuerabschnitt dann, wenn die erforderliche Luftdurchflussmenge größer als eine Höchstluftmenge ist, die durch das Regulierelement von dem Luftzufuhrpfad zu der Brennstoffzelle geführt werden kann, zusätzlich zu der Steuerung des Regulierelements auch das Gebläse steuert, um durch das Gebläse einen Luftstrom zu erzeugen, der eine Fehlmenge an Luft ausgleicht.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ist so gestaltet, dass bei dem Aspekt (1) ferner ein Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektionsabschnitt, der eine Fahrzeuggeschwindigkeit detektiert, und ein Temperatur-Detektionsabschnitt, der eine Temperatur der Brennstoffzelle detektiert, bereitgestellt sind, wobei der Steuerabschnitt so arbeitet, dass er aus einer Leistungsabgabe der Brennstoffzelle eine für die Brennstoffzelle erforderliche Luftdurchflussmenge ermittelt, um das Regulierelement auf Basis der erforderlichen Luftdurchflussmenge und der Fahrzeuggeschwindigkeit zu steuern, wodurch die Menge der Luft, die von dem Luftzufuhrpfad zu der Brennstoffzelle geführt wird, reguliert wird, wobei der Steuerabschnitt dann, wenn die erforderliche Luftdurchflussmenge größer als eine Höchstluftmenge ist, die durch das Regulierelement von dem Luftzufuhrpfad zu der Brennstoffzelle geführt werden kann, zusätzlich zu der Steuerung des Regulierelements auch das Gebläse steuert, um durch das Gebläse den Luftstrom zu erzeugen, der eine Fehlmenge an Luft ausgleicht, und wobei der Steuerabschnitt das Regulierelement und das Gebläse auch so steuert, dass eine Abweichung der detektierten Temperatur von einer Zieltemperatur der Brennstoffzelle beseitigt wird.
- (4) Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist so gestaltet, dass bei dem Aspekt (1) ferner ein zweiter Lufteinlass, der Luft von unterhalb des Fahrzeugs in den Luftzufuhrpfad einbringt, ein Öffnungs/Schließelement, das den zweiten Lufteinlass öffnet oder schließt, und ein Regen-Detektionsabschnitt, der Regen detektiert, bereitgestellt sind, wobei der Steuerabschnitt dann, wenn durch den Regen-Detektionsabschnitt Regen detektiert wird, die Zufuhr der Luft durch das Regulierelement von dem Luftzufuhrpfad zu der Brennstoffzelle stoppt und auch den zweiten Lufteinlass durch das Öffnungs/Schließelement öffnet.
- (5) Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist so gestaltet, dass der Steuerabschnitt bei dem Aspekt (1) dann, wenn die Brennstoffzelle abgeschaltet wird, die Zufuhr von Luft durch das Regulierelement von dem Luftzufuhrpfad zu der Brennstoffzelle stoppt.
- (6) Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist so gestaltet, dass bei dem Aspekt (1) ferner ein Temperatur-Detektionsabschnitt, der eine Temperatur der Brennstoffzelle detektiert, bereitgestellt ist, wobei der Steuerabschnitt dann, wenn die durch den Temperatur-Detektionsabschnitt detektierte Temperatur geringer als eine Solltemperatur ist, die Zufuhr von Luft durch das Regulierelement von dem Luftzufuhrpfad zu der Brennstoffzelle stoppt.
- (7) Ein Gesichtspunkt der Erfindung ist ein brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug, umfassend einen Antriebsmotor, eine Brennstoffzelle, die dem Motor elektrischen Strom liefert, einen ersten Lufteinlass, der in einem vorderen Abschnitt des Fahrzeugs bereitgestellt ist, einen Luftzufuhrpfad, der von dem ersten Lufteinlass eingebrachte Luft zu der Brennstoffzelle führt, ein Regulierelement, das in dem Luftzufuhrpfad bereitgestellt ist und eine Luftmenge, die von dem Luftzufuhrpfad zu der Brennstoffzelle geführt werden soll, reguliert, ein Gebläse, das einen Luftstrom zu der Brennstoffzelle bereitstellt, und einen Steuerabschnitt, der das Regulierelement und das Gebläse steuert, um eine von dem Luftzufuhrpfad und dem Gebläse zu der Brennstoffzelle geführte Luftmenge zu regulieren.
- (8) Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ist so gestaltet, dass bei dem Aspekt (7) ferner ein Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektionsabschnitt, der eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs detektiert, bereitgestellt ist, wobei der Steuerabschnitt so arbeitet, dass er aus einer Leistungsabgabe der Brennstoffzelle eine für die Brennstoffzelle erforderliche Luftdurchflussmenge ermittelt, um das Regulierelement auf Basis der erforderlichen Luftdurchflussmenge und der Fahrzeuggeschwindigkeit zu steuern, wodurch die Menge der Luft, die von dem Luftzufuhrpfad zu der Brennstoffzelle geführt wird, reguliert wird, und wobei der Steuerabschnitt dann, wenn die erforderliche Luftdurchflussmenge größer als eine Höchstluftmenge ist, die durch das Regulierelement von dem Luftzufuhrpfad zu der Brennstoffzelle geführt werden kann, zusätzlich zu der Steuerung des Regulierelements auch das Gebläse steuert, um durch das Gebläse den Luftstrom zu erzeugen, der eine Fehlmenge an Luft ausgleicht.
- (9) Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist so gestaltet, dass bei dem Gesichtspunkt (7) ferner ein Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektionsabschnitt, der eine Fahrzeuggeschwindigkeit detektiert, und ein Temperatur-Detektionsabschnitt, der eine Temperatur der Brennstoffzelle detektiert, bereitgestellt sind, wobei der Steuerabschnitt so arbeitet, dass er aus einer Leistungsabgabe der Brennstoffzelle eine für die Brennstoffzelle erforderliche Luftdurchflussmenge ermittelt, um das Regulierelement auf Basis der erforderlichen Luftdurchflussmenge und der Fahrzeuggeschwindigkeit zu steuern, wodurch die Menge der Luft, die von dem Luftzufuhrpfad zu der Brennstoffzelle geführt wird, reguliert wird, wobei der Steuerabschnitt dann, wenn die erforderliche Luftdurchflussmenge größer als eine Höchstluftmenge ist, die durch das Regulierelement von dem Luftzufuhrpfad zu der Brennstoffzelle geführt werden kann, zusätzlich zu der Steuerung des Regulierelements auch das Gebläse steuert, um durch das Gebläse den Luftstrom zu erzeugen, der eine Fehlmenge an Luft ausgleicht, und wobei der Steuerabschnitt das Regulierelement und das Gebläse auch so steuert, dass eine Abweichung der detektierten Temperatur von einer Zieltemperatur der Brennstoffzelle beseitigt wird.
- (10) Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist so gestaltet, dass bei dem Aspekt (7) ferner ein zweiter Lufteinlass, der Luft von unterhalb des Fahrzeugs in den Luftzufuhrpfad einbringt, ein Öffnungs/Schließelement, das den zweiten Lufteinlass öffnet oder schließt, und ein Regen-Detektionsabschnitt, der Regen detektiert, bereitgestellt sind, wobei der Steuerabschnitt dann, wenn durch den Regen-Detektionsabschnitt Regen detektiert wird, die Zufuhr von Luft durch das Regulierelement von dem Luftzufuhrpfad zu der Brennstoffzelle stoppt und auch den zweiten Lufteinlass durch das Öffnungs/Schließelement öffnet.
- (11) Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist so gestaltet, dass der Steuerabschnitt bei dem Aspekt (7) dann, wenn die Brennstoffzelle abgeschaltet wird, die Zufuhr von Luft durch das Regulierelement von dem Luftzufuhrpfad zu der Brennstoffzelle stoppt.
- (12) Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ist so gestaltet, dass bei dem Aspekt (7) ferner ein Temperatur-Detektionsabschnitt, der eine Temperatur der Brennstoffzelle detektiert, bereitgestellt ist, wobei der Steuerabschnitt dann, wenn die durch den Temperatur-Detektionsabschnitt detektierte Temperatur geringer als eine Solltemperatur ist, die Zufuhr der Luft durch das Regulierelement von dem Luftzufuhrpfad zu der Brennstoffzelle stoppt.
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EFFEKTE DER ERFINDUNG
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Bei den Aspekten (1) und (7) kann die Menge des Fahrtwinds, die zu der Brennstoffzelle geführt werden soll, durch das Regulierelement je nach den Umständen reguliert werden.
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Bei den Aspekten (2) und (8) kann das Volumen der für die Brennstoffzelle erforderlichen Luft ermittelt werden, ohne dass das Gebläse verwendet werden muss, was zu einer Verringerung des elektrischen Stromverbrauchs führt.
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Bei den Aspekten (3) und (9) ist es möglich, die Brennstoffzelle bei einer Temperatur zu halten, die für die Stromerzeugung geeignet ist.
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Bei den Aspekten (4) und (10) wird verhindert, dass die Brennstoffzelle durch Regentropfen bespritzt wird.
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Bei den Aspekten (5) und (11) kann das Eindringen von Wasser oder Fremdobjekten in die Brennstoffzelle nach dem Abschalten der Brennstoffzelle verhindert wird.
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Bei den Aspekten (6) und (12) kann die Brennstoffzelle rasch aufgewärmt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine erklärende Ansicht, die einen Aufbau und einen Betrieb einer Brennstoffbatterie erklärt, die in ein brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug einer Ausführungsform der Erfindung eingebaut ist;
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2 ist ein Blockdiagramm eines Systems eines brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs einer Ausführungsform der Erfindung;
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3 ist eine Längsschnittansicht eines vorderen Abschnitts eines brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs einer Ausführungsform der Erfindung;
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4 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung einzelner Teile um ein Steuersystem eines brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs einer Ausführungsform der Erfindung im Zentrum veranschaulicht;
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5 ist ein Blockdiagramm, das eine Vorwärtssteuerung für einen Kühlergrillverschluss eines brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs einer Ausführungsform der Erfindung erklärt;
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6 ist ein Ablaufdiagramm, das erklärt, wie ein Kühlergrillverschlussöffnungsbefehl und ein Gebläsegeschwindigkeitsbefehl in einem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden sollen;
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7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Luftdurchflussmenge, die für eine Wasserstoffbrennstoffbatterie erforderlich ist, einem Kühlergrillverschlussöffnungsbefehl und einem Gebläsegeschwindigkeitsbefehl in einem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
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8 ist ein Blockdiagramm, das eine Rückkopplungssteuerung für einen Kühlergrillverschluss und ein Gebläse eines brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs einer Ausführungsform der Erfindung erklärt;
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9 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Luftdurchflussmenge, die für eine Wasserstoffbrennstoffbatterie erforderlich ist, einem Kühlergrillverschlussöffnungsbefehl und einem Gebläsegeschwindigkeitsbefehl in einem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
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10 ist ein Ablaufdiagramm, das die Steuerung auf Basis eines Detektionsergebnisses durch einen Regen-Detektionsabschnitt in einem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug einer Ausführungsform der Erfindung erklärt;
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11 ist ein Ablaufdiagramm, das die Steuerung erklärt, wenn eine Wasserstoffbrennstoffbatterie in einem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug einer Ausführungsform der Erfindung abgeschaltet wird; und
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12 ist ein Ablaufdiagramm, das die Steuerung auf Basis eines Detektionsergebnisses durch einen Temperatursensor in einem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug einer Ausführungsform der Erfindung erklärt.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
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Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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Ein brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug dieser Ausführungsform ist ausgestattet mit einem Motor zum Antrieb des Fahrzeugs und einer Brennstoffbatterie, die dem Motor Strom liefert.
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1 ist eine erklärende Ansicht, die den Aufbau und den Betrieb einer Brennstoffbatterie erklärt, die in das brennstoffzellenbetriebene Fahrzeug 1 (siehe 2 bis 4) eingebaut ist. Zuerst wird nachstehend die elektrochemische Reaktion der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 und die begleitende Erzeugung von Wasser beschrieben. Die Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 bildet einen Stapel von mehreren als Zellen bezeichneten kleinsten Aufbaueinheiten. Der Aufbau von 1 stellt eine Zelle dar. In typischen Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen ist jede Zelle ausgestattet mit Diffusionsschichten 14, die Wasserstoff und Luft (Sauerstoff) liefern und zwischen der Anode 12 und der Kathode 13 eingelegt sind, katalytischen Schichten 15, die zwischen den Diffusionsschichten 14 eingelegt sind, um die Reaktion zu aktivieren, und einer Elektrolytmembran 16, die zwischen den katalytischen Schichten 15 eingelegt ist und selektiv ermöglicht, dass Wasserstoffionen hindurch transportiert werden.
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Ein der Anode 12 bereitgestelltes Wasserstoffmolekül wird in der katalytischen Schicht 15 an einer Elektrolytoberfläche der Anode 12 in ein aktives Wasserstoffatom gewandelt und dann zu einem Wasserstoffion, um ein Elektron abzugeben. Diese Reaktion, die in 1 durch ”1” angegeben ist, ist durch die nachstehende Gleichung (1) ausgedrückt. H2 → 2H+ + 2e– (1)
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Das gemäß Gleichung (1) erzeugte Wasserstoffion bewegt sich zusammen mit Wasser von der Anode 12 durch die Elektrolytmembran 16 zu der Kathode 13. Das Elektron bewegt sich durch einen externen Kreis zu der Kathode 13. Ein Sauerstoffmolekül in der Luft, die der Kathode 13 bereitgestellt wird, erhält das von dem externen Kreis gelieferte Elektron und wandelt sich dann an der katalytischen Schicht 15 zu einem Sauerstoffion, welches wiederum mit dem Wasserstoffion, das sich durch die Elektrolytmembran 16 bewegt hat, reagiert, um Wasser zu erzeugen. Diese Reaktion, die in 1 durch ”2” angegeben ist, ist durch die nachstehende Gleichung (2) ausgedrückt. 1/2O2 + 2H+ + 2e– → H2O (2)
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Ein Teil des auf die obige Weise erzeugten Wassers wird durch die Konzentrationsdiffusion zu der Anode 12 bewegt.
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Bei der obigen chemischen Reaktion treten in der Brennstoffzelle verschiedene Verluste auf, wie etwa die Widerstands-Überspannung, die von den elektrischen Widerständen der Elektrolytmembran 16 und den Elektroden stammt, die Aktivierungs-Überspannung zur Einleitung der elektrochemischen Reaktion zwischen dem Wasserstoff und dem Sauerstoff, und die Diffusions-Überspannung für die Bewegung des Wasserstoffs und des Sauerstoffs durch die Diffusionsschichten. Die dadurch erzeugte Abwärme muss gekühlt werden.
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2 ist ein Blockdiagramm eines Systems des brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs 1 dieser Ausführungsform. Das System des brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs 1 arbeitet, um die durch die Brennstoffzellen erzeugte Abwärme zu kühlen. Im Besonderen wird die Wasserstoffbrennstoffbatterie über ein Filter 21 von einem Gebläse 22 mit Luft versorgt. Die zugeführte Luft wird nicht nur für die Stromerzeugung in der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11, sondern auch zur Absorption der Abwärme von der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 zu deren Kühlung verwendet. Die Zufuhr der Luft zu der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 wird auch durch den Wind während der Fahrt des Fahrzeugs 1 erreicht, wie später beschrieben wird. Der Wasserstoff in einem Wasserstofftank 23 wird nach einer Druckverringerung durch ein Druckverringerungsventil 24 zu der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 geliefert. Das Anodenabgas wird durch ein Spülventil 25 zu dem Kathodenabgas geführt. Das Spülen an der Anodenseite wird durch Verdünnen des ausgestoßenen Wasserstoffgases durch das Kathodenabgas unter eine untere Brennbarkeitskonzentrationsgrenze und Ausstoßen in die Außenluft erreicht.
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3 ist eine Längsschnittansicht eines vorderen Abschnitts des brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs 1 dieser Ausführungsform. Ein Frontkühlergrill 31, der am vorderen Ende des vorderen Abschnitts des Fahrzeugs gebildet ist, dient als erster Lufteinlass, um den Fahrtwind von der Vorderseite des Fahrzeugs aufzunehmen. Der Fahrtwind wird durch einen Lufteinlasskanal 32, der ein Luftzufuhrpfad ist, zur Hinterseite des Fahrzeugs 1 gezogen und dann zu der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 in einem Brennstoffbatteriegehäuse 33 geführt, das hinter dem Lufteinlasskanal 32 angeordnet ist. Das Gebläse 22, das als Lüfter zur Erzeugung eines Luftstroms zu der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 dient, ist an der Rückseite der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 angeordnet. Das Gebläse 22 kann seine Drehzahl oder seine Ausgangsleistung durch PWM-Steuerung verändern. 3 veranschaulicht die Wasserstoffbrennstoffbatterie 11, die zweistufig ist, und das Gebläse 22, das so arbeitet, dass es einen Luftstrom zu der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 erzeugt, und das sich hinter einer Abdeckung 34 befindet. Ein Kühlergrillverschluss 36, der ein Regulierelement ist, ist zwischen dem Frontkühlergrill 31 und dem Lufteinlasskanal 32 angeordnet. Der Kühlergrillverschluss 36 kann Verschlusselemente 37 öffnen und schließen und die Position der Verschlusselemente 37, wenn diese geöffnet werden, regulieren, um die Luftmenge, die von dem Frontkühlergrill 31 eingebracht wird, zu steuern.
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In einem unteren Abschnitt des Lufteinlasskanals 32 ist eine Öffnung 38 gebildet, die ein zweiter Lufteinlass ist, durch den Luft von unterhalb des Fahrzeugs 1 eingebracht wird, wobei eine Klappe 39 als Öffnungs/Schließelement dient, um die Öffnung 38 zu öffnen oder zu schließen. Es ist zu beachten, dass ein Luftstrom in jedem Teil von 3 durch einen Pfeil angedeutet ist.
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4 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung einzelner Teile um ein Steuersystem des brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs 1 dieser Ausführungsform im Zentrum veranschaulicht. Der Antriebsmotor 43 und das Getriebegehäuse 44 eines Getriebes sind an einer Achse 42 von Vorderrädern 41, welche angetriebene Räder sind, angeordnet. Die Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 ist in dem vorderen Abschnitt des Fahrzeugs 1 angebracht. Der oben beschriebene Wasserstofftank 23 ist in der Nähe der Achse 46 der Hinterräder 45 angeordnet.
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Eine Steuervorrichtung 51, die ein Steuerabschnitt ist, der hauptsächlich aus einem Mikrocomputer besteht, arbeitet so, dass sie jeden Teil des brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs 1 zentral steuert. Die Steuervorrichtung 51 ist gekoppelt mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 52, der als Geschwindigkeits-Detektionsabschnitt zur Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit dient, einem Temperatursensor 53, der als Temperatur-Detektionsabschnitt zur Messung der Temperatur der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 dient, und einem Regen-Detektionsabschnitt 54, der so arbeitet, dass er Regen detektiert. Der Regen-Detektionsabschnitt 54 kann durch einen Scheibenwischerschalter, der Fahrzeugscheibenwischer betätigt, oder einen Regentropfensensor, der Regentropfen detektiert, ausgeführt sein. Im Besonderen kann dann, wenn der Scheibenwischerschalter eingeschaltet wird, bestimmt werden, dass es gerade regnet. Es ist daher möglich, Regen unter Verwendung eines Ein- oder Aus-Signals für den Scheibenwischerschalter indirekt zu detektieren. Der Regentropfensensor kann Regen direkt messen.
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Die Steuervorrichtung 51 ist mit einem Aktuator 55, der den Kühlergrillverschluss 36 öffnet oder schließt, und einem Aktuator 56, der die Klappe 39 öffnet oder schließt, gekoppelt.
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Bei dem so aufgebauten brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug 1 kann die Menge des Fahrtwinds, die zu der Wasserstoffbrennstoffbatterie 1 geführt wird, durch Regulieren der Öffnungsposition der Verschlusselemente 37 des Kühlergrillverschlusses 36 je nach den Umständen reguliert werden.
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Als nächstes werden die Inhalte der Steuerung, die durch die Steuervorrichtung 51 in dem brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeug 1 dieser Ausführungsform ausgeführt wird, beschrieben.
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5 ist ein Blockdiagramm, das die Vorwärtssteuerung für den Kühlergrillverschluss 36 erklärt. Die Steuervorrichtung 51 bestimmt zuerst aus einer Leistungsabgabe der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 unter Verwendung einer vorbereiteten Umwandlungsabbildung eine für die Wasserstoffbrennstoffzelle 11 erforderliche Luftdurchflussmenge. Als nächstes werden auf Basis der für die Wasserstoffbrennstoffzelle 11 erforderlichen Luftdurchflussmenge und der durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 52 gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit unter Verwendung einer vorbereiteten Umwandlungsabbildung ein Kühlergrillverschlussöffnungsbefehl und ein Gebläsegeschwindigkeitsbefehl erzeugt. Der Kühlergrillverschlussöffnungsbefehl wird an den Kühlergrillverschluss 36 ausgegeben. Der Gebläsegeschwindigkeitsbefehl wird an das Gebläse 22 ausgegeben. Der Kühlergrillverschlussöffnungsbefehl ist ein Steuersignal zur Angabe der Öffnungsposition der Verschlusselemente 37 des Kühlergrillverschlusses 36. Der Gebläsegeschwindigkeitsbefehl ist ein Steuersignal zur Angabe des Volumens des Luftstroms von dem Gebläse 22. Die hier verwendeten Umwandlungsabbildungen sind experimentell erzeugt.
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6 ist ein Ablaufdiagramm, das erklärt, wie der Kühlergrillverschlussöffnungsbefehl und der Gebläsegeschwindigkeitsbefehl bei der Steuerung von 5 zu verwenden sind. Die Steuervorrichtung 51 bestimmt zuerst, ob oder ob nicht eine durch den Fahrtwind erzeugte höchste Zufuhrluftdurchflussmenge größer als die für die Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 erforderliche Luftdurchflussmenge ist (Schritt S1). Die durch den Fahrtwind erzeugte höchste Zufuhrluftdurchflussmenge ist eine Luftdurchflussmenge, die von dem Frontkühler 31 zu der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 geliefert wird, wenn die Verschlusselemente 37 des Kühlergrillverschlusses 36 vollständig geöffnet sind, und kann aus der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet werden. Wenn die durch den Fahrtwind erzeugte höchste Zufuhrluftdurchflussmenge größer als die für die Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 erforderliche Luftdurchflussmenge ist (d. h. ”JA” in Schritt S1), was bedeutet, dass die Luftdurchflussmenge, die zu der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 geführt werden soll, vollkommen durch den von dem Frontkühlergrill 31 eingebrachten Fahrtwind bereitgestellt werden kann, wird die für die Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 erforderliche Luftdurchflussmenge nur durch Steuern des Öffnens oder Schließens der Verschlusselemente 37 des Kühlergrillverschlusses 36 durch den Kühlergrillverschlussöffnungsbefehl erzeugt, ohne dass das Gebläse 22 betätigt wird (Schritt S2). Wenn, alternativ, die durch den Fahrtwind erzeugte höchste Zufuhrluftdurchflussmenge geringer als die für die Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 erforderliche Luftdurchflussmenge oder dieser gleich ist (d. h. ”NEIN” in Schritt S1), werden die Verschlusselemente 37 des Kühlergrillverschlusses 36 durch den Kühlergrillverschlussöffnungsbefehl vollständig geöffnet, um das Volumen des Fahrtwinds, der von dem Frontkühlergrill 31 eingebracht wird, zu maximieren. Zusätzlich wird eine Fehlmenge bei der für die Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 erforderlichen Luftdurchflussmenge durch Betätigen des Gebläses 22 durch den Gebläsegeschwindigkeitsbefehl ausgeglichen (Schritt S3).
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7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Luftdurchflussmenge, die für die Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 erforderlich ist, dem Kühlergrillverschlussöffnungsbefehl und dem Gebläsegeschwindigkeitsbefehl veranschaulicht. Die horizontale Achse gibt die erforderliche Luftdurchflussmenge an. Die vertikale Achse gibt den Kühlergrillverschlussöffnungsbefehl und den Gebläsegeschwindigkeitsbefehl an. Der Öffnungsgrad der Verschlusselemente 37 wird mit einem Anstieg des Werts des Kühlergrillverschlussöffnungsbefehls vergrößert. Die Menge des durch das Gebläse 22 erzeugten Luftstroms wird mit einem Anstieg des Werts des Gebläsegeschwindigkeitsbefehls erhöht. Wenn die erforderliche Luftdurchflussmenge gering ist, wird sie vollständig durch den Fahrtwind, der von dem Frontkühlergrill 31 eingebracht wird, gedeckt und somit nur durch Regulieren der Öffnungsposition der Verschlusselemente 37 des Kühlergrillverschlusses 36 durch den Kühlergrillverschlussöffnungsbefehl bereitgestellt. Nachdem die erforderliche Luftdurchflussmenge so angestiegen ist, dass die Verschlusselemente 37 des Kühlergrillverschlusses 36 vollständig geöffnet sind, wird das durch das Gebläse 22 erzeugte Volumen des Luftstroms mit dem Ansteigen der erforderlichen Luftdurchflussmenge durch den Gebläsegeschwindigkeitsbefehl erhöht, während die Verschlusselemente 37 vollständig geöffnet bleiben.
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Wie oben beschrieben, wird die für die Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 erforderliche Luftdurchflussmenge zuerst mittels des Fahrtwinds von dem Frontkühlergrill 31 durch Regulieren des Kühlergrillverschlusses 36 gedeckt. Wenn bei der erforderlichen Luftdurchflussmenge eine Fehlmenge besteht, wird das Gebläse 22 betätigt; somit wird der elektrische Stromverbrauch verringert.
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8 ist ein Blockdiagramm, das die Rückkopplungssteuerung für den Kühlergrillverschluss 36 und das Gebläse 22 erklärt. Die Steuervorrichtung 51 vergleicht die durch den Temperatursensor 53 gemessene Temperatur der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 mit einer vorbestimmten Zieltemperatur der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 und gibt den Kühlergrillverschlussöffnungsbefehl und den Gebläsegeschwindigkeitsbefehl an den Kühlergrillverschluss 36 und das Gebläse 22 aus, um eine Abweichung der gemessenen Temperatur von der Zieltemperatur auszugleichen, wodurch das Volumen des Fahrtwinds, das durch den Kühlergrillverschluss 36 eingebracht wird, und die Menge des durch das Gebläse 22 erzeugten Luftstroms so reguliert werden, dass die Temperatur der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 mit der Zieltemperatur in Übereinstimmung gebracht wird.
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9 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Luftdurchflussmenge, die für die Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 erforderlich ist, dem Kühlergrillverschlussöffnungsbefehl und dem Gebläsegeschwindigkeitsbefehl veranschaulicht. Die horizontale Achse gibt die erforderliche Luftdurchflussmenge an. Die vertikale Achse gibt den Kühlergrillverschlussöffnungsbefehl und den Gebläsegeschwindigkeitsbefehl an. Der Öffnungsgrad der Verschlusselemente 37 wird mit einem Anstieg des Werts des Kühlergrillverschlussöffnungsbefehls vergrößert. Das Volumen des durch das Gebläse 22 erzeugten Luftstroms wird mit einem Anstieg des Werts des Gebläsegeschwindigkeitsbefehls erhöht. Bei dieser Steuerung wird eine erforderliche Luftdurchflussmenge, falls diese klein ist, vollständig durch den von dem Frontkühlergrill 31 eingebrachten Fahrtwind erzeugt und daher nur durch Regulieren der Öffnungsposition der Verschlusselemente 37 des Kühlergrillverschlusses 36 durch den Kühlergrillverschlussöffnungsbefehl bereitgestellt. Nachdem die erforderliche Luftdurchflussmenge so angestiegen ist, dass die Verschlusselemente 37 des Kühlergrillverschlusses 36 vollständig geöffnet sind, wird das durch das Gebläse 22 erzeugte Volumen des Luftstroms mit dem Ansteigen der erforderlichen Luftdurchflussmenge durch den Gebläsegeschwindigkeitsbefehl erhöht, während die Verschlusselemente 37 vollständig geöffnet bleiben.
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Durch die obige Rückkopplungssteuerung wird die Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 bei einer Temperatur gehalten, die für eine Stromerzeugung geeignet ist.
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Bei dieser Ausführungsform kann es sein, dass die gewünschten gesteuerten Zustände nicht lediglich durch die Vorwärtssteuerung erhalten werden. Zusätzlich kann die Rückkopplungssteuerung zu einer Verzögerung bei der Steuerung führen. Eine gut ansprechende Steuerung wird daher durch eine Kombination aus der Vorwärtssteuerung und der Rückkopplungssteuerung erreicht.
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10 ist ein Ablaufdiagramm, das die Steuerung auf Basis eines Detektionsergebnisses durch einen Regen-Detektionsabschnitt 54 erklärt. Wenn durch den Regen-Detektionsabschnitt 54 Regen detektiert wird (”JA” in Schritt S11), betätigt die Steuervorrichtung 51 die Verschlusselemente 37, so dass der Kühlergrillverschluss 36 geschlossen wird, um die Zufuhr des Fahrtwinds zu der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 zu stoppen, und sie bewegt auch die Klappe 39, um die Öffnung 38 zu öffnen (Schritt S12). Danach, wenn kein Regen detektiert wird (”NEIN” in Schritt S11), startet die Öffnungs/Schließsteuerung (d. h. die oben unter Bezugnahme auf 5 bis 9 beschriebene Steuerung) durch Antreiben der Verschlusselemente 37 des Kühlergrillverschlusses 36. Zusätzlich wird die Klappe 39 betätigt, um die Öffnung 38 zu schließen (Schritt S13).
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Durch die obige Steuerung wird verhindert, dass die Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 durch Regentropfen bespritzt wird. Obwohl die Verschlusselemente 37 geschlossen sind, kann Luft durch Öffnen der Öffnung 38 von unterhalb des Fahrzeugs eingebracht werden.
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11 ist ein Ablaufdiagramm, das die Steuerung erklärt, wenn die Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 abgeschaltet wird. Wenn die Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 abgeschaltet wird (d. h. die chemische Reaktion in der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 deaktiviert wird, um die Lieferung von Strom von der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 anzuhalten, ”JA” in Schritt S21), betätigt die Steuervorrichtung 51 die Verschlusselemente 37 so, dass der Kühlergrillverschluss 36 geschlossen wird (Schritt S22).
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Durch die obige Steuerung wird nach dem Abschalten der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 vermieden, dass Wasser oder Fremdobjekte in die Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 eindringen.
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12 ist ein Ablaufdiagramm, das die Steuerung auf Basis eines Detektionsergebnisses durch den Temperatursensor 53 erklärt. Wenn die durch den Temperatursensor 53 detektierte Temperatur geringer als eine Solltemperatur ist (”JA” in Schritt S31), betätigt die Steuervorrichtung 51 die Verschlusselemente 37 so, dass der Kühlergrillverschluss 36 geschlossen wird, um die Zufuhr von Fahrtwind zu der Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 zu stoppen (Schritt S32). Danach, wenn die durch den Temperatursensor 53 detektierte Temperatur die Solltemperatur überschritten hat (”NEIN” in Schritt S31), startet die Öffnungs/Schließsteuerung (d. h. die oben unter Bezugnahme auf 5 bis 9 beschriebene Steuerung) durch Antreiben der Verschlusselemente 37 des Kühlergrillverschlusses 36.
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Durch die obige Steuerung wird die Wasserstoffbrennstoffbatterie 11 zum Beispiel im Anfangsstadium des Starts des brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs 1 rasch aufgewärmt.
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Es ist unstrittig, dass die obigen Angaben die Erfindung nicht beschränken. Zum Beispiel hat sich die obige Offenbarung auf ein Fahrzeug mit vier Rädern bezogen, doch kann die Erfindung auch bei Fahrzeugen mit zwei Rädern verwendet werden.
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Die Erfindung kann auch auf das Kühlen von Sekundärzellen angewendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Wasserstoffbrennstoffbatterie
- 22
- Gebläse
- 31
- Frontkühlergrill
- 32
- Lufteinlasskanal
- 36
- Kühlergrillverschluss
- 38
- Öffnung
- 39
- Klappe
- 51
- Steuervorrichtung
