DE19737406A1

DE19737406A1 - Brennstoffzellensystem, Elektrofahrzeug mit Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern der Zufuhr elektrischer Leistung

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Publication number: DE19737406A1
Application number: DE19737406A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Nonobe; Yoshio Kimura; Yoshikazu Tohata
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2017-08-28
Also published as: US5929594A; JPH1074533A; DE19737406C2; JP4372235B2; JP2007335411A

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, ein Elektrofahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Steuern der Zufuhr elektrischer Leistung, und bezieht sich insbesondere auf eine bei einem Brenn stoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel und einer Speicherbatterie als Leistungsquellen angewandte Technik zum Halten einer Restladung der Speicherbatterie in einem vorbestimmten Bereich.

Bereits bekannte Brennstoffzellensysteme weisen einen Brennstoffzellenstapel und eine Speicherbatterie als Lei stungs- oder Energiequellen auf, welche einer Last bzw. Gesamtlast elektrische Leistung zuführen (vgl. beispiels weise die Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 47-32321). In einem derartigen Brennstoffzellensystem öffnet und schließt ein in einem das Brennstoffzellensy stem bildenden Kreis angeordneter Kontakt, um zu ermögli chen, daß ein Brennstoffzellenstapel allein einer ver hältnismäßig kleinen Last elektrische Leistung zuführt, und um zu ermöglichen, daß der Brennstoffzellenstapel und eine entladbare Speicherbatterie gemeinsam einer größeren Last elektrische Leistung zuführen. Falls die Restladung der Speicherbatterie abnimmt, wird der Anschlußzustand der Schaltung derart umgeschaltet, daß den Brennstoffzel len ermöglicht wird, die Speicherbatterie zu laden, wäh rend elektrische Leistung an die Last abgegeben wird. Die Brennstoffzellen sind durch einen Spannungsabfall bei Zu nahme des abgegebenen elektrischen Stroms gekennzeichnet. Dieser bekannte Aufbau mit sowohl den Brennstoffzellen als auch der Speicherbatterie gewährleistet auch dann ausreichende Ausgangswerte, wenn die Last einen hohen Leistungsverbrauch aufweist.

In dem bekannten Brennstoffzellensystem wird jedoch dann, wenn die Restladung der Speicherbatterie abnimmt, der in dem das Brennstoffzellensystem bildenden Kreis angeordne te Kontakt derart umgeschaltet, daß der Zustand der Spei cherbatterie von der Entladebedingung auf die Ladebedin gung umgeschaltet wird. Unter der Bedingung, daß der Last eine große Menge elektrischer Leistung zugeführt wird, führt das Umschalten des Kontakts zu einer Abnahme der Restladung der Speicherbatterie. In dem Fall, in dem die Last kontinuierlich einen hohen Leistungsverbrauch erfor dert, bewirkt das Fehlen der Zufuhr elektrischer Leistung aus der Speicherbatterie, daß die Brennstoffzellen mit einer zu großen Last beaufschlagt werden. Dieses wiederum verringert die Ausgangsspannung in erheblichem Maße und bewirkt dadurch eine nicht ausreichende (Leistungs-) Ab gabe.

Die vorstehend beschriebene Anordnung steuert den Lade- und Entladezustand der Speicherbatterie durch Öffnen und Schließen des vorbestimmten Kontakts in Übereinstimmung mit der Restladung der Speicherbatterie. Bei einem weite ren möglichen Aufbau sind die Speicherbatterie und die Brennstoffzellen parallel zueinander angeordnet und wech selt der Ausgangszustand der Speicherbatterie auf der Grundlage der Ausgangsspannungsdifferenz zwischen der Speicherbatterie und den Brennstoffzellen, die sich mit der Änderung der Stärke des Ladevorgangs ändert, zwischen dem Lade- und Entladezustand.

Bei der letztgenannten Anordnung sinkt die Restladung der Speicherbatterie unter hoher Last kontinuierlich ab, so daß demgemäß die Brennstoffzellen mit einer zu großen Last beaufschlagt werden.

Bei diesen Anordnungen kann in dem Fall, in dem die ver ringerte Restladung der Speicherbatterie zu einer unzu reichenden Zufuhr elektrischer Leistung aus der Speicher batterie führt, eine die Brennstoffzellen beaufschlagende Lastzunahme zu verschiedenartigen Problemen führen. Wenn eine Zunahme der die Brennstoffzellen beaufschlagenden Last dazu führt, daß der von den Brennstoffzellen abgege bene elektrische Strom einen vorbestimmten Wert über steigt, führt eine Erhöhung der Zufuhr von den Brenn stoffzellen zugeführten Materialgasen nicht zu einer aus reichenden Erhöhung der Menge erzeugter Leistung. Dies macht auch die Spannung instabil und kann einen abrupten Abfall der Spannung auslösen.

Wenn der von den Brennstoffzellen abgegebene elektrische Strom den vorbestimmten Wert übersteigt und die Spannung instabil wird, kann in einer in den Brennstoffzellen ent haltenen Zelleinheit ein Phänomen, welches die positive Elektrode und die negative Elektrode vertauscht und all gemein als Polvertauschung bezeichnet wird, beobachtet werden. Die Polvertauschung macht die Spannung instabil und bewirkt, daß die Energie, die durch elektrochemische Reaktionen in elektrische Energie umgewandelt werden sollte, als thermische Energie freigesetzt wird. Die Freisetzung thermischer Energie bewirkt eine partiell zu große Erwärmung in den Brennstoffzellen und verkürzt da durch die Lebensdauer der Brennstoffzellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zu ver hindern, daß in einem Brennstoffzellensystem die Restla dung einer Speicherbatterie auf einen kritischen Pegel abnimmt, und eine ausreichende Zufuhr elektrischer Lei stung aus der Speicherbatterie zu gewährleisten und Brennstoffzellen vor einer zu großen Last zu schützen, und dadurch eine Vielzahl von Problemen, wie etwa einen Spannungsabfall und eine zu starke Erwärmung, die in den Brennstoffzellen auftreten können, zu vermeiden.

Darüber hinaus soll die Erfindung ein Brennstoffzellensy stem und ein Elektrofahrzeug, in welches ein solches Brennstoffzellensystem eingebaut ist, bereitstellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Brennstoffzellensystem welches einen Brennstoffzellensta pel und eine Speicherbatterie aufweist, die parallel zu einander geschaltet und mit einer Last verbunden sind, und welches elektrische Leistung aus dem Brennstoffzel lenstapel und der Speicherbatterie an die Last abgibt, gekennzeichnet durch eine Restladungserfassungseinrich tung zum Erfassen einer Restladung der Speicherbatterie; und eine Abgabesteuereinrichtung, die dann, wenn die er faßte Restladung der Speicherbatterie unter einem vorbe stimmten Wert liegt, die Zufuhr elektrischer Leistung zu der Last beschränkt.

Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem beschränkt die Zufuhr elektrischer Leistung zu der Last in Überein stimmung mit der Restladung der Speicherbatterie. Diese Anordnung verhindert wirksam, daß die Restladung der Speicherbatterie auf den kritischen Wert oder Pegel ab nimmt, und schützt den Brennstoffzellenstapel vor zu gro ßer Last. Diese Anordnung verhindert demgemäß verschie denartige Probleme wie beispielsweise einen Spannungsab fall der Brennstoffzellen und zu starke partielle Erwär mung, die aufgrund der Entnahme eines zu großen Stroms aus den Brennstoffzellen auftreten können.

In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die die Zufuhr elektrischer Leistung empfan gende (Gesamt-) Last eine Vielzahl von Lasten, und unter bricht die Abgabesteuereinrichtung die Zufuhr elektri scher Leistung zu zumindest einer Last unter der Vielzahl der Lasten in der Gesamtlast, um die Zufuhr elektrischer Leistung zu der Gesamtlast zu beschränken.

In Übereinstimmung mit einer weiter bevorzugten Ausfüh rungsform beschränkt die Abgabesteuereinrichtung die Zu fuhr elektrischer Leistung zu der Gesamtlast auf einen vorbestimmten Wert, um dem Brennstoffzellenstapel zu er möglichen, die Speicherbatterie zu laden.

Bei dem Brennstoffzellensystem mit dieser bevorzugten An ordnung laden dann, wenn die Restladung der Speicherbat terie abnimmt, die Brennstoffzellen die Speicherbatterie, um die Restladung der Speicherbatterie wieder zu regene rieren.

In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Restladungserfassungseinrichtung: eine Meßein richtung für elektrischen Strom zum Messen zumindest zweier aus einem von dem Brennstoffzellenstapel abgegebe nen Brennstoffzellenstrom, einem von der Speicherbatterie abgegebenen Speicherbatteriestrom und einem elektrischen Gesamtstrom, der gleich der Summe aus dem Brennstoffzel lenstrom und dem Speicherbatteriestrom ist, ausgewählter elektrischer Ströme; und eine Einrichtung zum Erfassen der Restladung der Speicherbatterie auf der Grundlage der zumindest zwei durch die Meßeinrichtung für elektrischen Strom gemessenen elektrischen Ströme.

Das Brennstoffzellensystem gemäß dieser bevorzugten Aus führungsform benötigt keinen Restladungsmonitor zum Er fassen der Restladung der Speicherbatterie und weist in folgedessen einen vereinfachten Aufbau auf. Diese Anord nung ohne Restladungsmonitor mißt nur die elektrischen Ströme und führt vorbestimmte arithmetische Berechnungen durch, um die Restladung der Speicherbatterie zu ermit teln.

In Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausfüh rungsform umfaßt die Restladungserfassungseinrichtung: eine Strommeßeinrichtung zum Messen eines von der Spei cherbatterie abgegebenen Speicherbatteriestroms; eine Spannungsmeßeinrichtung zum Messen einer Spannung in dem Brennstoffzellensystem; und eine Einrichtung zum Messen der Restladung der Speicherbatterie auf der Grundlage des durch die Strommeßeinrichtung gemessenen Speicherbatte riestroms und der durch die Spannungsmeßeinrichtung ge messenen Spannung.

Das Brennstoffzellensystem gemäß dieser bevorzugten Aus führungsform benötigt keinen Restladungsmonitor zum Er fassen der Restladung der Speicherbatterie und weist in folgedessen einen vereinfachten Aufbau auf. Diese Anord nung ohne Restladungsmonitor mißt nur den elektrischen Strom und die Spannung und führt vorbestimmte arithmeti sche Berechnungen durch, um die Restladung der Speicher batterie zu ermitteln.

Ferner wird die vorgenannte Aufgabe gelöst durch ein Elektrofahrzeug mit einem durch elektrische Energie in Drehung versetzten Motor und einer Einrichtung zum Über tragen einer Drehkraft des Motors auf eine Achse mit da durch erfolgendem Erzeugen einer Antriebskraft für das Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrofahrzeug ein eingebautes Brennstoffzellensystem aufweist, das Lei stungsversorgungssystem einen Brennstoffzellenstapel und eine Speicherbatterie umfaßt, die parallel zueinander ge schaltet und mit dem Motor verbunden sind und an den Mo tor elektrische Leistung aus dem Brennstoffzellenstapel und der Speicherbatterie abgeben, und das Brennstoffzel lensystem umfaßt: eine Restladungserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Restladung der Speicherbatterie; und eine Abgabesteuereinrichtung, die dann, wenn die erfaßte Restladung der Speicherbatterie unter einem vorbestimmten Pegel liegt, die Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Mo tor einschränkt.

Die Erfindung ist somit auch auf ein Elektrofahrzeug mit einem durch elektrische Energie in Drehung versetzten Mo tor und einer Einrichtung zum Übertragen einer Drehkraft des Motors auf eine Achse mit dadurch er folgendem Erzeu gen einer Antriebskraft für das Fahrzeug gerichtet. In das Elektrofahrzeug ist das erfindungsgemäße Brennstoff zellensystem eingebaut, und der Motor wird durch die Zu fuhr elektrischer Leistung aus dem Brennstoffzellensystem angetrieben.

Bei dem erfindungsgemäßen Elektrofahrzeug wird bevorzugt, daß die Abgabesteuereinrichtung den Betrieb des Motors steuert, um die Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Motor zu beschränken.

Diese Anordnung erfordert keine spezielle, einen Wider stand beinhaltende Schaltungen zum Begrenzen der Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Motor.

In Zusammenhang mit einem Brennstoffzellensystem, welches einen Brennstoffzellenstapel und eine Speicherbatterie aufweist, die parallel zueinander geschaltet und mit ei ner Last verbunden sind, und welches elektrische Leistung aus dem Brennstoffzellenstapel und der Speicherbatterie an die Last abgibt, ist die Erfindung ferner auf ein Ver fahren zum Steuern der Zufuhr elektrischer Leistung zu der Last gerichtet.

Die vorstehende Aufgabe wird daher ferner gelöst durch ein Verfahren zum Steuern der Zufuhr elektrischer Lei stung zu einer Last unter Verwendung eines Brennstoffzel lensystems, welches einen Brennstoffzellenstapel und eine Speicherbatterie umfaßt, die parallel zu einander ge schaltet und mit der Last verbunden sind, und welches elektrische Leistung aus dem Brennstoffzellenstapel und der Speicherbatterie an die Last abgibt, gekennzeichnet durch die Schritte:

(a) Erfassen einer Restladung der Speicherbatterie; und
(b) Beschränken der Zufuhr elektrischer Leistung zu der Last, wenn die in Schritt (a) erfaßte Restladung der Speicherbatterie nicht größer als ein vorbestimmter Wert ist.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Schritt (b) den nachstehenden Schritt umfassen: Unterbrechen der Zufuhr elektrischer Leistung zu zumindest einer von einer Vielzahl von in einer Last enthaltenen Lasten und dadurch Beschränken der Zufuhr elektrischer Leistung zu der Ge samtlast.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Schritt (b) den nachstehenden Schritt umfassen: Begrenzen der Zu fuhr elektrischer Leistung zu der Gesamtlast auf einen vorbestimmten Wert, um dem Brennstoffzellenstapel zu er möglichen, die Speicherbatterie zu laden.

In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt der Schritt (a) die nachstehenden Schritte:

(a-1) Messen zumindest zweier von einem durch den Brennstoffzellenstapel abgegebenen Brennstoffzellenstrom, einem durch die Speicherbatterie abgegebenen Speicherbat teriestrom und einem elektrischen Gesamtstrom, der gleich der Summe aus dem Brennstoffzellenstrom und dem Speicher batteriestrom ist, ausgewählter elektrischer Ströme; und

(a-2) Erfassen der Restladung der Speicherbatterie auf der Grundlage der zumindest zwei in Schritt (a-1) ge messenen elektrischen Ströme.

In Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt der Schritt (a) die nachstehenden Schritte:

(a-11) Messen eines von der Speicherbatterie abgege benen Speicherbatteriestroms;

(a-12) Messen einer Spannung in dem Brennstoffzel lensystem; und

(a-13) Messen der Restladung der Speicherbatterie auf der Grundlage des in Schritt (a-11) gemessenen Spei cherbatteriestroms und der in Schritt (a-12) gemessenen Spannung.

Das erfindungsgemäße Elektrofahrzeug kann ferner eine Meldeeinrichtung aufweisen, die dann, wenn die Abgabe steuereinrichtung die Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Motor beschränkt, einen Fahrer über die Beschränkung der Zufuhr elektrischer Leistung informiert. Die Meldeein richtung kann eine vorbestimmte Meldeleuchte, eine Ton meldung, welche den Fahrer in Zusammenhang mit der Abga besteuerung über den Zustand informiert, oder ein vorbe stimmter Melde-Summ- oder Piepton sein.

In einem tatsächlichen Elektrofahrzeug kann dann, wenn der Fahrer bei beschränkter Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Motor auf ein Fahr- oder Beschleunigungspedal tritt, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht erhöht oder sogar verringert werden. Es besteht darüber hinaus auch die Möglichkeit, daß das Fahrzeug angehalten wird. Auch in solchen Fällen verhindert die vorstehend be schriebene Anordnung wirksam, daß der Fahrer den Zustand der Abgabesteuerung irrtümlich als Fehlfunktion des Fahr zeugs ansieht. Die eingeschränkte Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Motor verringert allgemein die Beweglich keit bzw. Handhabbarkeit des Fahrzeugs. Die Anordnung zum Informieren des Fahrers über die eingeschränkte Versor gung mit elektrischer Leistung gewährleistet das sichere Lenken und Fahren unter den Bedingungen der bzw. gesteu ert durch die Abgabesteuerung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausfüh rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm, welches den Aufbau eines elek trischen Fahrzeugs mit einem an diesem angebrachten Brennstoffzellensystem gemäß einem ersten Ausführungsbei spiel zeigt;

Fig. 2 einen Querschnitt, der vereinfacht den Aufbau ei ner Einheitszelle in einem Brennstoffzellenstapel zeigt;

Fig. 3 ein Blockdiagramm, welches den Aufbau einer Brenn stoffzelleneinheit zeigt;

Fig. 4 ein Diagramm, welches Ausgangskennlinien der Brennstoffzellen und einer Speicherbatterie in ausrei chendem Ladezustand zeigt;

Fig. 5 ein Diagramm, welches Ausgangskennlinien der Brennstoffzellen und der Speicherbatterie in nicht aus reichendem Ladezustand zeigt;

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm, welches eine Steuerroutine un ter der Bedingung reduzierter Restladung der Speicherbat terie zeigt, die während des Betriebs des Brennstoffzel lensystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausge führt wird;

Fig. 7 einen Vorgang zum Beschränken der Abgabe unter der Bedingung einer reduzierten Restladung der Speicherbatte rie;

Fig. 8 einen Vorgang zum Beschränken der Abgabe in Über einstimmung mit der Restladung der Speicherbatterie;

Fig. 9 einen schrittweise ablaufenden Vorgang des Be schränkens der Abgabe in Übereinstimmung mit der Restla dung der Speicherbatterie;

Fig. 10 ein Blockdiagramm, welches den Aufbau eines wei teren Elektrofahrzeugs mit einem an diesem angebrachten Brennstoffzellensystem gemäß einem zweiten Ausführungs beispiel zeigt;

Fig. 11 ein Ablaufdiagramm, welches eine Routine zum Überprüfen der Restladung zeigt, die in dem Brennstoff zellensystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ausge führt wird, um die Restladung der Speicherbatterie zu er fassen;

Fig. 12 ein Blockdiagramm, welches den Aufbau eines wei teren Elektrofahrzeugs mit einem an diesem angebrachten Brennstoffzellensystem gemäß einem dritten Ausführungs beispiel zeigt;

Fig. 13 ein Diagramm, welches die Ausgangskennlinien der Brennstoffzellen und der Speicherbatterie in unterschied lichen Ladezuständen zeigt; und

Fig. 14 ein Ablaufdiagramm, welches eine Routine zum Überprüfen der Restladung zeigt, die in dem Brennstoff zellensystem gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ausge führt wird, um die Restladung der Speicherbatterie zu er fassen.

Einige Ausführungsformen der Erfindung werden als bevor zugte Ausführungsbeispiele beschrieben, um die Anordnung und Funktionen derselben weiter klarzustellen. Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches vereinfacht den Aufbau eines elektrischen Fahrzeugs 15 mit einem an diesem angebrach ten Brennstoffzellensystem 10 gemäß einem ersten Ausfüh rungsbeispiel zeigt. Das Brennstoffzellensystem 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist in das Elektrofahrzeug 15 eingebaut und dient als Leistungsquelle zum Antreiben des Elektrofahrzeugs 15. Das Brennstoffzellensystem 10 bein haltet in erster Linie Brennstoffzellen 20, eine Spei cherbatterie 30, Hilfseinrichtungen 34, einen Gleichsi gnal/Gleichsignal-Wandler 36, einen Ein/Aus-Schalter 38, einen Restladungsmonitor 46, eine Steuereinheit 50, einen Inverter 80 und einen Stromsensor 90, und führt einem Mo tor 32 elektrische Leistung zum Antreiben des Elektro fahrzeugs 15 zu. Nachstehend werden die mit dem Brenn stoffzellensystem 10 in dem Elektrofahrzeug 15 in Bezie hung stehenden Komponenten beschrieben.

Die Brennstoffzellen 20 sind Polymer-Elektrolyt-Brenn stoffzellen, die in Form eines Stapels aus mehreren Ein heitszellen 28 aufgebaut sind. Die Brennstoffzellen 20 empfangen kathodenseitig eine zugeführte Menge wasser stoffhaltigen, gasförmigen Brennstoffs und anodenseitig eine zugeführte Menge sauerstoffhaltigen, oxidierenden Gases und erzeugen eine elektromotorische Kraft gemäß den nachstehenden elektrochemischen Reaktionen:

H₂ → 2H⁺ + 2e⁻ (1)

(1/2)O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → H₂O (2)

H₂ + (1/2)O₂ → H₂O (3).

Die Gleichungen (1), (2) und (3) bezeichnen jeweils eine an den Kathoden auftretende Reaktion, eine an den Anoden auftretende Reaktion und eine Gesamtreaktion, die über alle Brennstoffzellen 20 hinweg auftritt. Fig. 2 ist ein Querschnitt, der den Aufbau jeder Einheitszelle 28 in dem Brennstoffzellenstapel 20 zeigt. Die Einheitszelle 28 um faßt eine Elektrolytmembran 21, eine Anode 22, eine Ka thode 23 und Trenneinrichtungen bzw. Separatoren 24 und 25.

Die Anode 22 und die Kathode 23 sind Gasdiffusionselek troden, die quer zu der Elektrolytmembran 21 angeordnet sind, um einen sandwich- oder schichtartigen Aufbau aus zubilden. Die Separatoren 24 und 25 sind außerhalb der schichtartigen Anordnung angeordnet und jeweils mit der Anode 22 und der Kathode 23 verbunden, um Strömungspfade für gasförmigen Brennstoff und oxidierendes Gas auszubil den. Strömungspfade 24P für gasförmigen Brennstoff werden durch die Anode 22 und den Separator 24 gebildet, wohin gegen Strömungspfade 25P für oxidierendes Gas durch die Kathode 23 und den Separator 25 definiert werden. Obwohl die Separatoren 24 und 25 in der Zeichnung gemäß Fig. 2 die Strömungspfade nur jeweils an einer ihrer seitlichen Flächen ausbilden, sind in Wirklichkeit Rippen auf beiden seitlichen Flächen jedes Separators 24 bzw. 25 vorhanden. Denn eine seitliche Fläche jedes Separators bildet in Kombination mit der Anode 22 die Strömungspfade 24P für gasförmigen Brennstoff, während die andere seitliche Flä che in Kombination mit der Kathode 23 einer angrenzenden Einheitszelle die Strömungspfade 25P für oxidierendes Gas bildet. Auf diese Art und Weise sind die Separatoren 24 und 25 mit den Gasdiffusionselektroden verbunden, um Gasströmungspfade zu definieren und den Strom gasförmigen Brennstoffs von dem Strom oxidierenden Gases zwischen den angrenzenden Einheitszellen zu trennen. Bei dem Aufeinan derlegen bzw. Stapeln einer Anzahl von Einheitszellen zum Erzeugen einer Stapelstruktur können die sich an beiden Enden der Stapelstruktur befindenden beiden Separatoren Rippen nur auf derjenigen ihrer seitlichen Flächen haben, die in Kontakt mit den Gasdiffusionselektroden gerät.

Die Elektrolytmembran 21 ist eine aus einem polymeren Ma terial wie beispielsweise einem Fluorharz bestehende pro tonenleitende Ionenaustausch-Membran, die im nassen Zu stand eine günstige elektrische Leitfähigkeit aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel wird als Elektrolytmembran 21 eine (von DuPont hergestellte) "Nafion"-Membran aufge bracht. Die Oberfläche der Elektrolytmembran 21 ist mit Platin oder einer platinhaltigen Legierung, das bzw. die als Katalysator dient, beschichtet. Gemäß dem in diesem Ausführungsbeispiel angewandten Verfahren zum Aufbringen des Katalysators wird Kohlepulver mit Platin oder einer auf dieses aufgebrachten platinhaltigen Legierung präpa riert, das katalysatorhaltige Kohlepulver in einem geeig neten organischen Lösungsmittel in Lösung gebracht, dem Gemisch eine bestimmte Menge einer elektrolytischen Lö sung (beispielsweise die durch die Aldrich Chemical Corp. hergestellte Nafion-Lösung) hinzugefügt, um eine Paste bzw. einen Brei zu erzeugen, und der Brei mittels Sieb druck auf die elektrolytische Membran 21 aufgebracht. Ge mäß einem anderen bekannten Verfahren wird der das kata lysatorhaltige Kohlepulver enthaltende Brei blattförmig ausgeformt und das Blatt auf die elektrolytische Membran 21 gepreßt. Obwohl der platinhaltige Katalysator gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf die elektrolytische Mem bran 21 aufgebracht wird, kann der Katalysator auch auf die in Berührung mit der elektrolytischen Membran 21 ste hende Anode 22 und Kathode 23 aufgebracht werden.

Die Anode 22 und die Kathode 23 bestehen aus Carbon- bzw. Kohlenstoffgewebe, welches aus aus Carbon- bzw. Kohlefa sern bestehenden Fäden gewoben wurde. Obwohl die Anode 22 und die Kathode 23 gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus Kohlenstoffgewebe bestehen, sind auch aus Kohlefasern be stehendes Carbonpapier oder Carbonfilz ein für die Anode 22 und die Kathode 23 vorteilhaft verwendbares Material.

Die Separatoren 24 und 25 bestehen aus einem gasundurch lässigen, leitfähigen Material, beispielsweise aus gasun durchlässigem, dichten Kohlenstoff, der durch Verdichten von Kohlenstoff erhalten wird. Jeder der Separatoren 24 und 25 weist eine Vielzahl von Rippen auf, die parallel angeordnet und auf beiden Seiten derselben ausgebildet sind. Wie vorstehend diskutiert, wird jeder Separator 24 bzw. 25 mit der Oberfläche der Anode 22 kombiniert, um die Strömungspfade 24P für gasförmigen Brennstoff zu bil den, und mit der Oberfläche der Kathode 23 der angrenzen den Einheitszelle kombiniert, um die Strömungspfade 25P für oxidierendes Gase zu definieren. In Übereinstimmung mit einer weiteren möglichen Anordnung können die auf ei ner seitlichen Fläche jedes Separators ausgebildeten Rip pen senkrecht oder in einem bestimmten Winkel zu den auf der anderen seitlichen Fläche des Separators ausgebilde ten Rippen angeordnet sein. Solange der gasförmige Brenn stoff und das oxidierende Gas den Gasdiffusionselektroden zugeführt werden können, brauchen die Rippen nicht als parallele Vertiefungen ausgebildet zu sein.

Wie vorstehend beschrieben, weist jede Einheitszelle 28 als grundlegende Anordnung der Brennstoffzellen 20 einen Separator 24, eine Anode 22, die elektrolytische Membran 21, eine Kathode 23 und einen Separator 25 auf, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Der Brennstoffzellen stapel 20 entsteht dadurch, daß eine Vielzahl von Sätzen solcher Einheitszellen 28 (100 Sätze gemäß diesem Ausfüh rungsbeispiel) übereinander gestapelt und (nicht gezeig te) Stromsammelplatten, die aus Platten aus dichtem Koh lenstoff oder Kupfer hergestellt sind, an beiden Enden der Stapelstruktur angebracht werden.

Obwohl in dem Blockdiagramm gemäß Fig. 1 nicht darge stellt, sind zusätzlich zu den Brennstoffzellen 20 der Stapelstruktur weitere vorbestimmte periphere Einrichtun gen notwendig, um mittels der Brennstoffzellen Elektrizi tät zu erzeugen. Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau einer Brennstoffzelleneinheit 60 zeigt, die den Brennstoffzellenstapel 20 sowie periphere Einrichtun gen umfaßt. Die Brennstoffzelleneinheit 60 beinhaltet zu nächst den Brennstoffzellenstapel 20, einen Methanoltank 61, einen Wassertank 62, einen Reformer 64 und einen Luftverdichter 66.

Der Reformer 64 empfängt zugeführte Mengen von Methanol und Wasser aus dem Methanoltank 61 bzw. dem Wassertank 62. Der Reformer 64 reformiert die Methanolzufuhr, welche in Form von Rohbrennstoff erfolgt, durch Dampf-Reforma tion, um einen wasserstoffreichen gasförmigen Brennstoff zu erzeugen. In dem Reformer 64 läuft eine reformierende Reaktion gemäß den nachstehenden Gleichungen ab:

CH₃OH → CO + 2H₂ (4)

CO + H₂O → CO₂ + H₂ (5)

CH₃OH + H₂O → CO₂ + 3H₂ (6).

Die Methanol zersetzende Reaktion, die durch Gleichung (4) beschrieben wird, schreitet gleichzeitig mit der durch die Gleichung (5) ausgedrückten, Kohlenmonoxid re formierenden Reaktion fort, so daß die Reaktion gemäß Gleichung (6) als Methanol reformierende Gesamtreaktion in dem Reformer 64 abläuft. Diese reformierende Reaktion ist insgesamt endothermisch. Ein durch den Reformer 64 erzeugter wasserstoffreicher, gasförmiger Brennstoff wird über eine Brennstoffzufuhrleitung 68 dem Brennstoffzel lenstapel 20 zugeführt, in die Strömungspfade 24P für gasförmigen Brennstoff in den in dem Brennstoffzellensta pel 20 enthaltenen jeweiligen Einheitszellen 28 geleitet und an den Anoden 22 der Zellreaktion unterworfen. Die an den Anoden 22 stattfindende Reaktion wird durch die vor stehend angegebene Gleichung (1) ausgedrückt. Um eine be nötigte Menge an Wasser zuzuführen und um zu verhindern, daß die elektrolytische Membran 21 austrocknet, kann eine Einrichtung zum An- bzw. Befeuchten in der Brennstoffzu fuhrleitung 68 angeordnet sein. Bei dieser Anordnung wird den Brennstoffzellen 20 angefeuchteter gasförmiger Brenn stoff zugeführt.

Der Luftverdichter 66 saugt Luft an, verdichtet diese und führt den Brennstoffzellen 20 verdichtete Luft zu. Die durch den Luftverdichter 66 angesaugte und verdichtete Luft wird den Brennstoffzellen 20 über eine Luftzufuhr leitung 69 zugeführt, die in die Strömungspfade 25P für oxidierendes Gas in den in dem Brennstoffzellenstapel 20 enthaltenen einzelnen Einheitszellen 28 führt, und der Zellreaktion an den Kathoden 23 unterworfen. In den Brennstoffzellen nimmt allgemein die Reaktionsgeschwin digkeit mit der Zunahme des Drucks der der Anode und der Kathode zugeführten Gase zu. Dies verbessert die Leistung der Brennstoffzellen, so daß dies der Grund ist, weshalb die den Kathoden 23 zugeführte Luft durch den Luftver dichter 23 verdichtet wird. Der Druck des den Anoden 22 zugeführten gasförmigen Brennstoffs kann auf einfache Art und Weise durch Steuern des Ein/Aus-Zustands eines so lenoidbetätigten Ventils 67, welches als Massenstrom- Steuereinrichtung arbeitet und in der Brennstoffzufuhr leitung 67 angeordnet ist, reguliert werden.

Der Ausstoß gasförmigen Brennstoffs nach der Zellreaktion an den Anoden 22 in den Brennstoffzellen 20 und ein Teil der durch den Luftverdichter 66 verdichteten Luft wird dem Reformer 64 zugeführt. Wie vorstehend beschrieben, ist die in dem Reformer 64 ablaufende Gesamt-Reformati onsreaktion endothermisch und benötigt eine Energiezufuhr von außen. Daher ist ein (nicht gezeigter) Brenner zum Erwärmen in dem Reformer 64 angeordnet. Der Ausstoß gas förmigen Brennstoffs und die verdichtete Luft werden zur Verbrennung in dem Brenner genutzt. Der Ausstoß von aus den Kathoden 23 der Brennstoffzellen 20 ausgestoßenem gasförmigen Brennstoff wird über eine Brennstoff-Auslaß leitung 71 in den Reformer 64 geleitet, während die ver dichtete Luft über einen von der Luftzufuhrleitung 69 ab zweigenden Zweigluftpfad 70 dem Reformer 64 zugeleitet wird. In dem Ausstoß gasförmigen Brennstoffs verbleiben der Wasserstoff und Sauerstoff in der verdichteten Luft werden zur Verbrennung in dem Brenner genutzt, um eine für die Reformationsreaktion benötigte Wärmemenge bereit zustellen.

Die Ausgänge der Brennstoffzellen 20 werden in Überein stimmung mit der Größe einer angeschlossenen Last durch Regulieren der Ströme gasförmigen Brennstoffs und oxidie renden Gases gesteuert. Die Steuerung der Ausgänge er folgt durch die Steuereinheit 50. Die Steuereinheit 50 gibt Ansteuersignale an den Luftverdichter 66 und das so lenoidbetätigte Ventil 67, das in der Brennstoffzufuhr leitung 68 angeordnet ist, aus, um die Ansteuergröße und den Ein/Aus-Zustand derselben einzustellen. Eine derarti ge Einstellung reguliert die Gaszufuhrströme und steuert dadurch die Ausgänge der Brennstoffzellen 20.

Die vorstehend beschriebenen Brennstoffzellen 20 sind mit der Speicherbatterie 30, dem Motor 32 und den Hilfsein richtungen 34 verbunden. Die Brennstoffzellen 20 führen dem Motor 32 und den Hilfseinrichtungen 34 elektrische Leistung zu und laden die Speicherbatterie 30 in Überein stimmung mit deren Ladezustand auf. Der sich auf den La de- und Entladezustand der Speicherbatterie 30 beziehende Steuerungsablauf wird später noch im einzelnen beschrie ben.

Die Speicherbatterie 30 arbeitet zusammen mit den Brenn stoffzellen 20 als Leistungsquelle, um den Motor 32 und die Hilfseinrichtungen 34 mit elektrischer Leistung zu versorgen. Die Speicherbatterie 30 ist in diesem Ausfüh rungsbeispiel ein Blei-Säure-Akkumulator, obwohl auch an dere Sekundärbatterien wie beispielsweise ein Nickel-Cad mium-Akkumulator, ein Nickel-Wasserstoff-Akkumulator und eine Lithium-Sekundärbatterie verwendbar sind. Die Kapa zität der Speicherbatterie 30 wird in Übereinstimmung mit der Größe und den zu erwartenden Fahrbedingungen des Elektrofahrzeugs 15 mit dem eingebauten Brennstoffzellen system 10 sowie in Übereinstimmung mit der für das Elek trofahrzeug 15 benötigten Leistung (beispielsweise der maximalen Geschwindigkeit und der zurückzulegenden Ent fernung) festgelegt.

Der Motor 32 ist ein Dreiphasen-Synchronmotor. Wie noch beschrieben wird, wandelt der Inverter 80 den von den Brennstoffzellen 20 und der Speicherbatterie 30 abgegebe nen Gleichstrom in Dreiphasen-Wechselstrom um und führt den Dreiphasen-Wechselstrom dem Motor 32 zu. Der Motor 32 empfängt den zugeführten Wechselstrom und erzeugt ein An triebsdrehmoment. Das Antriebsdrehmoment wird über eine Achse des Fahrzeugs, in welches das Brennstoffzellensy stem 10 eingebaut ist, auf vordere und/oder hintere Räder übertragen und wirkt als Moment bzw. Kraft zum Antreiben des Fahrzeugs. Der Motor 32 wird durch eine Steuerein richtung 33 gesteuert. Die Steuereinrichtung 33 ist fer ner mit einem Beschleunigungspedalsensor 33b zum Erfassen der Stärke, mit der auf ein Beschleunigungspedal 33a ge treten wird, verbunden. Die Steuereinrichtung 33 ist des weiteren mit der Steuereinheit 50 verbunden und überträgt verschiedenartige Informationen, beispielsweise betref fend den Betrieb des Motors 32, zu der Steuereinheit 50 hin und von der Steuereinheit 50 weg.

Die Hilfseinrichtungen 34 bilden eine Last bzw. Bela stung, welche während des Betriebs des Brennstoffzellen systems 10 elektrische Leistung in einem vorbestimmten Bereich verbraucht. Die Hilfseinrichtungen 34 beinhalten beispielsweise den Luftverdichter 66, die Massenstrom- Steuereinrichtung 67 und eine Wasserpumpe. Der Luftver dichter 66 reguliert, wie vorstehend erwähnt, den Druck von den Brennstoffzellen 20 zugeführtem oxidierenden Gas.

Die Wasserpumpe fördert das Kühlwasser unter Druck durch die Brennstoffzellen 20. Der Kreislauf des Kühlwassers bewirkt einen Wärmeaustausch in den Brennstoffzellen 20, wodurch die innere Temperatur der Brennstoffzellen 20 auf einem oder unterhalb von einem vorbestimmten Niveau ge halten wird. Die Massenstrom-Steuereinrichtung reguliert den Druck und die Strömung des den Brennstoffzellen 20 zugeführten gasförmigen Brennstoffs wie vorstehend be schrieben. Obwohl die Brennstoffzellen 20 und die Hilf seinrichtungen 34 in dem Blockdiagramm gemäß Fig. 1 unab hängig voneinander dargestellt sind, können die in Zusam menhang mit der Steuerung des Ansteuerzustands der Brenn stoffzellen 20 stehenden Elemente als periphere Einrich tungen bzw. Nebeneinrichtungen der Brennstoffzellen 20 betrachtet werden. Der Leistungsverbrauch solcher Hilf seinrichtungen 34 beträgt maximal 5 kW, ist damit deut lich geringer als der Leistungsverbrauch des Motors 32 und weist zudem nur wenig Schwankungen auf.

Der Gleichsignal/Gleichsignal-Wandler (DC/DC-Wandler) 36 wandelt die von den Brennstoffzellen 20 und der Speicher batterie 30 abgegebene elektrische Energie in eine Span nung um und legt die umgewandelte Spannung an die Hilf seinrichtungen 34 an. Die für den Antrieb des Motors 32 benötigte Spannung beträgt vorwiegend 200 V bis 300 V; eine entsprechende Spannung wird von den Brennstoffzellen 20 und der Speicherbatterie 30 abgegeben. Demgegenüber beträgt die für die Ansteuerung der Hilfseinrichtungen 34 wie beispielsweise die Wasserpumpe benötigte Spannung nur etwa 12 V. Es ist demgemäß nicht möglich, die von den Brennstoffzellen 20 und der Speicherbatterie 30 abgegebe ne Spannung direkt an die Hilfseinrichtungen 34 anzule gen. Der Gleichsignal/Gleichsignal-Wandler 36 senkt in folgedessen die von den Brennstoffzellen 20 und der Spei cherbatterie 30 abgegebene und an die Hilfseinrichtungen 34 angelegte Spannung ab.

Der Ein/Aus-Schalter 38 ist in der Schaltung, welche den Motor 32 und die Hilfseinrichtungen 34 mit den Brenn stoffzellen 20 und der Speicherbatterie 30 auf parallele Art und Weise verbindet, angeordnet. Der Ein/Aus-Schalter 38 wird zwischen der Ein-Stellung, in der die Brennstoff zellen 20 und die Speicherbatterie 30 mit dem Motor 32 verbunden sind, und der Aus-Stellung, in der die Brenn stoffzellen 20 und die Speicherbatterie 30 von dem Motor 32 getrennt sind, umgeschaltet. Der Schaltzustand des Ein/Aus-Schalters 38 wird durch die Steuereinheit 50 ge steuert.

Der Restladungsmonitor 46 mißt die verbleibende Ladung bzw. Restladung der Speicherbatterie 30; er wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittels einer SOC-Meßeinrich tung bzw. einem SOC-Messer realisiert. Der SOC-Messer ak kumuliert die Werte des elektrischen Stroms und der Lade- und Entladezeit in der Speicherbatterie 30, und die Steu ereinheit 50 berechnet die Restladung der Speicherbatte rie 30 auf der Grundlage der akkumulierten Werte. Der Restladungsmonitor 46 kann durch einen Spannungssensor anstelle des SOC-Messers dargestellt werden. Die Spannung der Speicherbatterie 30 verringert sich mit abnehmender Restladung. Der Spannungssensor nutzt diese Eigenschaft vorteilhaft und mißt die Spannung, um die Restladung der Speicherbatterie 30 zu erfassen. Der Spannungssensor ist mit der Steuereinheit 50 verbunden. Der Zusammenhang zwi schen der durch den Spannungssensor gemessenen Spannung und der Restladung wird vorab in der Steuereinheit 50 ge speichert. Die Steuereinheit 50 ermittelt somit die Rest ladung der Speicherbatterie 30 auf der Grundlage der Mes sungen des Spannungssensors. Gemäß einem weiteren Bei spiel kann der Restladungsmonitor 46 zum Erfassen der Restladung eine Einrichtung zum Messen der spezifischen Schwerkraft einer elektrolytischen Lösung in der Spei cherbatterie 30 sein.

Die Steuereinheit 50 ist als Arithmetik- und Logikschal tung aufgebaut, die einen Mikrocomputer beinhaltet und eine CPU 52, ein ROM 54, ein RAM 56 und einen Ein gangs/Ausgangs-Port 58 aufweist. Die CPU 52 führt eine Vielzahl von arithmetischen Operationen in Übereinstim mung mit voreingestellten Steuerprogrammen aus. Steuer programme und Steuerdaten, die für die Vielzahl der durch die CPU 52 ausgeführten arithmetischen Operationen benö tigt werden, werden vorab in dem ROM 54 gespeichert. Ver schiedenartige Daten, die für die durch die CPU 52 ausge führten arithmetischen Operationen benötigt werden, wer den vorübergehend in das RAM 56 geschrieben und von dort wieder ausgelesen. Der Eingangs/Ausgangs-Port 58 empfängt Erfassungssignale von einer Vielzahl von Sensoren wie beispielsweise dem Restladungsmonitor 46, gibt in Über einstimmung mit den Ergebnissen von arithmetischen Opera tionen der CPU 52 Ansteuersignale an den Ein/Aus-Schalter 38 und den Inverter 80 aus und steuert auf diese Art und Weise den Antriebszustand der jeweiligen Elemente des Brennstoffzellensystems 10.

In Bezug auf die Steuereinheit 50 zeigt das Blockdiagramm gemäß Fig. 1 nur die Zufuhr von Erfassungssignalen aus dem Restladungsmonitor 46 und von Signalen aus dem Strom sensor 90, die Ausgabe von Ansteuersignalen an den Inver ter 80 und den Ein/Aus-Schalter 38 sowie die Übertragung von Signalen zu der Steuereinrichtung 33 hin und von die ser weg. Die Steuereinheit 50 jedoch führt auch andere (nicht gezeigte) Steuervorgänge in dem Brennstoffzellen system 10 durch. Als Beispiel sei die Steuerung des Be triebszustands der Brennstoffzellen 20 genannt. Wie vor stehend erwähnt, umfassen die anderen durch die Steuer einheit 50 ausgeführten Steuervorgänge die Ausgabe von Ansteuersignalen an den Luftverdichter 66 und die Massen strom-Steuereinrichtung zum Regulieren bzw. Regeln oder Steuern der Ströme oxidierenden Gases und gasförmigen Brennstoffs, Regulieren der dem Reformer 64 zugeführten Mengen von Methanol und Wasser sowie die Temperatursteue rung der Brennstoffzellen 20 und des Reformers 64.

Der Inverter 80 wandelt den von den Brennstoffzellen 20 und der Speicherbatterie 30 abgegebenen Gleichstrom in Dreiphasen-Wechselstrom um und führt den Dreiphasen- Wechselstrom dem Motor 32 zu. Die durch den Motor 32 er zeugte Antriebskraft kann durch Regulieren der Amplitude (in Wirklichkeit der Impulsbreite) und der Frequenz des dem Motor 32 zugeführten Dreiphasen-Wechselstroms auf der Grundlage von durch die Steuereinheit 50 aus gegebenen An weisungen gesteuert werden. Der Inverter 80 beinhaltet sechs Schaltelemente (beispielsweise bipolare MOSFET (IGBT)) als primäre Schaltungselemente. Der Schaltvorgang dieser Schaltelemente wandelt den durch die Brennstoff zellen 20 und die Speicherbatterie 30 bereitgestellten Gleichstrom in Dreiphasen-Wechselstrom mit beliebiger Amplitude und Frequenz um. Jedes in dem Inverter 80 ent haltene Schaltelement ist über eine leitfähige Leitung mit der Steuereinheit 50 verbunden und weist ein Schalt- Zeitverhalten auf, welches durch ein von der Steuerein heit 50 ausgegebenes Ansteuersignal gesteuert wird.

Der Stromsensor 90 mißt den von der Speicherbatterie 30 abgegebenen elektrischen Strom. Der Ausgang bzw. Aus gangszustand der Speicherbatterie 30 befindet sich entwe der im Entladezustand bzw. entladenen Zustand oder im La dezustand bzw. geladenen Zustand, so daß der abgegebene elektrische Strom sowohl den im entladenen Zustand als auch den im geladenen Zustand fließenden Strom umfaßt. Der Stromsensor 90 ist mit der Steuereinheit 50 verbun den, so daß der Wert des durch den Stromsensor 90 gemes senen elektrischen Stroms der Steuereinheit 50 zugeführt wird. Das den elektrischen Strom angebende Eingangsdatum wird zum Bestimmen des Lade- und Entladezustands der Speicherbatterie 30 verwendet.

Das auf diese Art und Weise aufgebaute Brennstoffzellen system 10 arbeitet auf die nachstehend beschriebene Art und Weise. Im folgenden werden die Ausgänge der Brenn stoffzellen 20 und der Speicherbatterie 30 in dem Brenn stoffzellensystem 10 beschrieben. Da die Brennstoffzellen 20 und die Speicherbatterie 30 parallel miteinander ver schaltet sind, bestimmen die Ladegröße und der Ladezu stand der Speicherbatterie 30, ob sowohl die Brennstoff zellen 20 als auch die Speicherbatterie 30 elektrische Leistung abgeben, oder ob die Speicherbatterie 30 durch die Brennstoffzellen 20 geladen wird.

Fig. 4 ist ein Diagramm, welches Ausgangskennlinien der Brennstoffzellen 20 und der Speicherbatterie 30 zeigt. Die Brennstoffzellen 20 liefern große Spannungen bei kleiner Last, d. h. bei kleinem Ausgangsstrom, und verrin gern die Spannung mit zunehmendem elektrischen Strom. Die Speicherbatterie 30 kann die Spannung über einen weiten Bereich des elektrischen Stroms innerhalb eines vorbe stimmten schmalen Bereichs halten, ändert jedoch die Spannung in Übereinstimmung mit ihrem Ladezustand. Die in Fig. 4 gezeigten Ausgangskennlinien der Speicherbatterie 30 gelten für den Zustand ausreichender Ladung der Spei cherbatterie 30.

Beispielsweise repräsentiert It1 den zum Ansteuern des Motors 32 und der Hilfseinrichtungen 34 benötigten Ge samtstrom in dem Fall, in dem das Fahrzeug mit dem an ihm angebrachten Brennstoffzellensystem 10 beschleunigt wird und der Motor 32 eine große Menge elektrischer Leistung benötigt. In diesem Augenblick nimmt die Spannung zwi schen den Ausgangsanschlüssen der Brennstoffzellen 20 und der Speicherbatterie 30 mit einer Zunahme der den Brenn stoffzellen 20 und der Speicherbatterie 30 entnommenen elektrischen Ströme ab. Da die Brennstoffzellen 20, die Speicherbatterie 30 und der Motor 32 parallel miteinander verbunden sind, haben sie eine identische Ende/Ende-Span nung bzw. dieselbe Klemmenspannung, die als Vt1 angegeben wird. Auf der Grundlage des Diagramms gemäß Fig. 4 genü gen ein von den Brennstoffzellen 20 abgegebener elektri scher Strom IF1 und ein von der Speicherbatterie 30 abge gebener elektrischer Strom IB1 der Gleichung It1 = IF1 + IB1, wobei IF1 < IB1 ist.

Wenn der zum Antreiben bzw. Ansteuern der vorstehenden Last benötigte elektrische Gesamtstrom auf It2 verringert wird, nimmt die Spannung zwischen den Ausgangsanschlüssen der Brennstoffzellen 20 und der Speicherbatterie 30 ent sprechend der Abnahme des elektrischen Gesamtstroms zu.

Auch in diesem Zustand haben die Brennstoffzellen 20, die Speicherbatterie 30 und der Motor 32 dieselbe Klemmen spannung, die als Vt2 angegeben wird. Auf der Grundlage des Diagramms gemäß Fig. 4 genügen ein von den Brenn stoffzellen 20 abgegebener elektrischer Strom IF2 und ein von der Speicherbatterie 30 abgegebener elektrischer Strom IB2 der Gleichung It2 = IF2 + IB2, wobei IF2 < IB2 ist. Auf diese Art und Weise schwankt das Verhältnis der Abgabe der Brennstoffzellen 20 zu der Abgabe der Spei cherbatterie 30 in Übereinstimmung mit der Ladegröße bzw. Ladestärke.

Fig. 5 ist ein Diagramm, welches Ausgangskennlinien der Brennstoffzellen 20 und der Speicherbatterie 30 in nicht ausreichendem Ladezustand zeigt. It3 repräsentiert den elektrischen Gesamtstrom zum Antreiben der vorstehenden (Gesamt-)Last, wenn der Motor 32 eine vorbestimmte Menge elektrischer Leistung anfordert. In diesem Augenblick nimmt die Spannung zwischen den Ausgangsanschlüssen der Brennstoffzellen 20 und der Speicherbatterie 30 mit zu nehmenden, den Brennstoffzellen 20 und der Speicherbatte rie 30 entnommenen elektrischen Strömen ab. Wie vorste hend erwähnt, haben die Brennstoffzellen 20, die Spei cherbatterie 30 und der Motor 32 dieselbe Klemmenspan nung, die als Vt3 angegeben wird. Auf der Grundlage des Diagramms gemäß Fig. 5 genügen der von den Brennstoffzel len 20 abgegebene elektrische Strom IF3 und der von der Speicherbatterie 30 abgegebene elektrische Strom IB3 der Gleichung It3 = IF3 + IB3, wobei IF3 < IT3 ist. Falls die Speicherbatterie 30 nur wenig geladen ist, hängt ein gro ßer Bereich der Abgabe bzw. des Ausgangssignals gegenüber der Last von den Brennstoffzellen 20 ab.

Wenn die von dem Motor 32 benötigte Menge elektrischer Leistung kleiner als ein vorbestimmter Wert wird und der zum Ansteuern der vorstehenden Last benötigte gesamte elektrische Strom auf It4 abnimmt, steigt die Spannung zwischen den Ausgangsanschlüssen der Brennstoffzellen 20 und der Speicherbatterie 30 entsprechend der Abnahme des gesamten elektrischen Stroms. In diesem Zustand haben die Brennstoffzellen 20, die Speicherbatterie 30 und der Mo tor 32 ebenfalls dieselbe Klemmenspannung, die als Vt4 angegeben wird. Auf der Grundlage des Diagramms gemäß Fig. 5 genügen der von den Brennstoffzellen 20 abgegebene elektrische Strom IF4 und der von der Speicherbatterie 30 abgegebene elektrische Strom IB4 der Gleichung It4 = IF4 + IB4, worin IB4 < 0 ist. Dies bedeutet, daß die Speicherbatterie 30 durch die Brennstoffzellen 20 geladen wird. Falls die Speicherbatterie 30 nicht ausreichend ge laden ist, bewirkt eine Abnahme der Ladestärke auf oder unter ein vorbestimmtes Niveau, daß die Brennstoffzellen 20 die Speicherbatterie 30 laden und gleichzeitig die Last ansteuern bzw. treiben.

Das Brennstoffzellensystem 10 gemäß dem ersten Ausfüh rungsbeispiel führt eine Steuerung in Übereinstimmung mit der Restladung der Speicherbatterie 30 durch. In diesem Ausführungsbeispiel beschränkt dann, wenn die Restladung der Speicherbatterie 30 nicht größer ist als ein vorbe stimmter Wert, die Steuerprozedur die (Leistungs-) Aus bzw. Abgabe des Brennstoffzellensystems 10, d. h. die Men ge der durch das Elektrofahrzeug 15 mit dem daran ange brachten Brennstoffzellensystem 10 verbrauchten Energie, und begrenzt die Abgabe auf einen vorbestimmten Wert, bis die Restladung wieder auf oder über den vorbestimmten Wert regeneriert ist. Die durch das Elektrofahrzeug 15 mit dem daran angebrachten Brennstoffzellensystem 10 ver brauchte elektrische Leistung beinhaltet die durch den Motor 32 verbrauchte elektrische Leistung sowie auch die durch die Hilfseinrichtungen 34 verbrauchte elektrische Leistung. Wie vorstehend beschrieben, wird jedoch der größte Teil der durch die Hilfseinrichtungen 34 ver brauchten elektrischen Leistung dazu verwendet, das Brennstoffzellensystem 10 in einem bestimmten Betriebs zu stand zu halten, so daß die zu beschränkende elektrische Zielleistung die durch den Motor 32 verbrauchte elektri sche Leistung ist.

Das Brennstoffzellensystem 10 gemäß dem Ausführungsbei spiel führt die vorstehende Steuerprozedur auf der Grund lage einer Steuerroutine unter der Bedingung einer redu zierten Restladung gemäß dem in Fig. 6 gezeigten Ablauf diagramm aus. Die Routine gemäß Fig. 6 wird in vorbe stimmten Zeitabständen, beispielsweise nach jeweils 10 Sekunden, durch die CPU 52 ausgeführt, nachdem ein vorbe stimmter Startschalter eingeschaltet ist, um das an dem Fahrzeug angebrachte Brennstoffzellensystem 10 in Betrieb zu setzen.

Wenn das Programm in die Routine gemäß Fig. 6 eintritt, liest die CPU 52 zunächst eine Restladung Q der Speicher batterie 30, die durch den Restladungsmonitor 46 in einem Schritt S100 gemessen wird, und vergleicht in einem Schritt S110 die ermittelte Restladung Q mit einem vor eingestellten Referenzwert Q0. Falls der ermittelte Wert Q nicht kleiner als der Referenzwert Q0 ist, ermittelt das Programm, daß die Speicherbatterie 30 eine ausrei chende Restladung Q aufweist, und verläßt diese Routine.

Falls demgegenüber die ermittelte Restladung Q in Schritt S110 kleiner als der Referenzwert Q0 ist, ermittelt das Programm, daß die Speicherbatterie 30 eine nicht ausrei chende Restladung aufweist, und steuert in einem Schritt S120 den Inverter 80 derart, daß die durch den Motor 32 verbrauchte elektrische Leistung auf einen vorbestimmten Grenzwert begrenzt wird. In Übereinstimmung mit einer konkreten Prozedur steuert die CPU 52 die Schaltzeiten der in dem Inverter 80 enthaltenen Schaltelemente und be schränkt die Amplitude oder die Frequenz des Dreiphasen- Wechselstroms, der aus dem Gleichstrom umgesetzt und dem Motor 32 zugeführt wird, auf einen vorbestimmten Wert, so daß dadurch die durch den Motor 32 verbrauchte elektri sche Leistung auf den vorbestimmten Grenzwert beschränkt wird. Falls die gegenwärtig durch den Motor 32 verbrauch te elektrische Leistung größer ist als dieser Grenzwert, verringert die Beschränkung der durch den Motor 32 ver brauchten elektrischen Leistung auf den vorbestimmten Grenzwert die durch das gesamte Elektrofahrzeug 15 ver brauchte Gesamtmenge an elektrischer Leistung. Dies führt zu einem Anstieg der Ausgangsspannungen der Brennstoff zellen 20 und der Speicherbatterie 30 und verändert da durch den Ausgangszustand der Speicherbatterie 30. Die CPU 52 liest dann in einem Schritt S130 den von der Spei cherbatterie 30 abgegebenen und durch den Stromsensor 90 gemessenen elektrischen Strom I und ermittelt in einem Schritt S140, ob der abgegebene elektrische Strom I posi tiv oder negativ ist.

Wenn in Schritt S140 ermittelt wird, daß der von der Speicherbatterie 30 abgegebene Strom I positiv ist, so bedeutet dies, daß die Abgabe elektrischer Leistung aus der Speicherbatterie 30 noch andauert. Demgemäß kehrt das Programm zu Schritt S120 zurück, um den Grenzwert der durch den Motor 32 verbrauchten elektrischen Leistung zu rückzusetzen und den Verbrauch elektrischer Leistung wei ter zu verringern. Das Programm liest dann in Schritt S130 den ermittelten, von der Speicherbatterie 30 abgege benen elektrischen Strom I und überprüft in Schritt S140 das Vorzeichen des abgegebenen elektrischen Stroms I. Wenn in Schritt S140 ermittelt wird, das der von der Speicherbatterie 30 abgegebene elektrische Strom I nega tiv ist, ermittelt andererseits das Programm, daß eine Verringerung der durch den Motor 32 verbrauchten elektri schen Leistung den Ausgangszustand der Speicherbatterie 30 von dem Entladezustand auf den Ladezustand ändert. Der Ausgangszustand der Speicherbatterie 30 wird durch Wie derholen der Überprüfung des Vorzeichens des von der Speicherbatterie 30 abgegebenen elektrischen Stroms I und die Beschränkung der durch den Motor 32 verbrauchten elektrischen Leistung auf den entsprechend den Anforde rungen zurückgesetzten Grenzwert auf den Ladezustand ge ändert.

Falls in Schritt S140 ermittelt wird, daß der von der Speicherbatterie 30 abgegebene elektrische Strom I nega tiv ist, liest die CPU 52 in einem Schritt S150 erneut die durch den Restladungsmonitor 46 gemessene Restladung Q der Speicherbatterie 30. Das Programm vergleicht dann in einem Schritt S160 die ermittelte Restladung Q mit ei nem voreingestellten Referenzwert Q1, um zu ermitteln, ob die Restladung der Speicherbatterie 30 auf ein ausrei chendes Niveau regeneriert ist. Wenn die ermittelte Rest ladung Q der Speicherbatterie 30 in Schritt S160 den Re ferenzwert Q1 übersteigt, ermittelt das Programm, daß die Restladung der Speicherbatterie 30 auf das ausreichende Niveau regeneriert worden ist. In diesem Fall schreitet das Programm zu einem Schritt S170 fort, um die Begren zung der Abgabe an den Motor 32, die in Schritt S120 festgelegt worden war, aufzuheben, und verläßt dann diese Routine. Der Referenzwert Q1 kann zu dem in Schritt S110 verwendeten Referenzwert Q0 identisch sein, ist jedoch bevorzugt größer als der Referenzwert Q0, um die Stabili tät der Steuerung zu gewährleisten.

Wenn andererseits in Schritt S160 die ermittelte Restla dung Q der Speicherbatterie 30 den Referenzwert Q1 nicht erreicht, ermittelt das Programm, daß die Restladung der Speicherbatterie 30 noch nicht wieder auf das ausreichen de Niveau regeneriert worden ist. In diesem Fall kehrt das Programm zu Schritt S130 zurück, um den von der Spei cherbatterie 30 abgegebenen elektrischen Strom I zu mes sen, und schreitet dann zu Schritt S140 fort, um zu be stätigen, daß sich der Ausgangszustand der Speicherbatte rie 30 in dem Ladezustand befindet. Nachdem bestätigt wurde, daß sich der Ausgangszustand der Speicherbatterie 30 in dem Ladezustand befindet, liest das Programm in Schritt S150 erneut die durch den Restladungsmonitor 46 gemessene Restladung Q der Speicherbatterie 30 und ver gleicht in Schritt S160 die ermittelte Restladung Q mit dem Referenzwert Q1. Diese Schritte werden nach Bedarf wiederholt. Falls in Schritt S160 die ermittelte Restla dung Q der Speicherbatterie 30 den Referenzwert Q1 über steigt, schreitet das Programm zu einem Schritt S170 fort, um die begrenzte Abgabe an den Motor 32 aufzuheben, und verläßt dann diese Routine.

Wie noch beschrieben werden wird, wird in manchen Fällen der Ausgangszustand der Speicherbatterie 30 auf den Ent ladezustand geändert, wenn das Programm von Schritt S160 zu Schritt S130 zurückkehrt, um den von der Speicherbat terie 30 abgegebenen elektrischen Strom I zu messen, und in Schritt S140 das Vorzeichen des abgegebenen elektri schen Stroms I überprüft. In einem solchen Fall kehrt das Programm weiter von Schritt S140 zu Schritt S120 zurück, in dem die CPU 52 den Grenzwert des elektrischen Strom verbrauchs zurücksetzt, um die durch den Motor 32 ver brauchte elektrische Leistung zu reduzieren und den Aus gangszustand der Speicherbatterie 30 auf den Ladezustand Zustand zu ändern. Nachdem der Ausgangszustand der Spei cherbatterie 30 auf den Ladezustand geändert ist, wird in Schritt S160 die ermittelte Restladung Q der Speicherbat terie 30 bald den Referenzwert Q1 überschreiten. Wenn die ermittelte Restladung Q der Speicherbatterie 30 größer als der Referenzwert Q1 wird, hebt das Programm in Schritt S170 die Begrenzung der Abgabe an den Motor 32 auf und verläßt diese Routine.

Eine weitere Erklärung erfolgt für die durch den Motor 32 verbrauchte elektrische Leistung und deren Beschränkung. Der Antriebszustand des Motors 32 wird durch das von der Steuereinheit 50 an den Inverter 80 ausgegebene Ansteuer- oder Antriebssignal auf der Grundlage beispielsweise des von dem Beschleunigungspedal-Stellungssensor 33b ausgege benen Signals gesteuert. Wenn der Fahrer auf das Be schleunigungspedal 33a tritt, um die Fahrgeschwindigkeit zu erhöhen, erhöht der Inverter 80 die Amplitude und die Frequenz des aus dem Gleichstrom umgesetzten Dreiphasen- Wechselstroms. Eine derartige Steuerung erhöht das Drehmoment und die Drehzahl des Motors 32, wodurch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ansteigt und die Menge der durch den Motor 32 verbrauchten elektrischen Energie zu nimmt. Die Beschränkung der durch den Motor 32 verbrauch ten elektrischen Energie wird dadurch erzielt, daß die Amplitude und die Frequenz des durch den Inverter 80 dem Motor 32 zugeführten Dreiphasen-Wechselstroms begrenzt werden. Die Beschränkung der Amplitude und der Frequenz des Dreiphasen-Wechselstroms verhindert auch dann, wenn der Fahrer auf das Beschleunigungspedal tritt, daß der Motor 32 ein Drehmoment erzeugt, welches größer ist als das Drehmoment, welches der beschränkten Amplitude ent spricht, oder sich mit einer schnelleren Umdrehungsge schwindigkeit als der Umdrehungsgeschwindigkeit dreht, die der beschränkten Frequenz entspricht. Dies führt zu der Beschränkung der durch den Motor 32 verbrauchten elektrischen Leistung.

In einigen Antriebszuständen des Motors ist die tatsäch liche durch den Motor 32 verbrauchte elektrische Leistung nicht größer als der vorbestimmte Grenzwert, auf welchen die durch den Motor 32 verbrauchte elektrische Leistung in Schritt S120 begrenzt wird. Auch dann, wenn die tat sächliche durch den Motor 32 verbrauchte elektrische Lei stung nicht größer ist als der vorbestimmte Grenzwert, kehrt in dem Fall, in sich dem der Ausgangszustand der Speicherbatterie 30 im Entladezustand befindet, das Pro gramm von Schritt S140 zu Schritt S120 zurück, um den Grenzwert des elektrischen Leistungsverbrauchs durch den Motor 32 zurückzusetzen. Dies ändert schließlich den Aus gangszustand der Speicherbatterie 30 auf den Ladezustand.

Wenn die tatsächliche durch den Motor 32 verbrauchte elektrische Leistung nicht größer ist als der vorbestimm te Grenzwert und sich der Ausgangszustand der Speicher batterie 30 in dem Ladezustand befindet, schreitet das Programm zu den Schritten S150 und S160 fort, um die Restladung Q der Speicherbatterie 30 zu überwachen, bis diese größer als der vorbestimmte Referenzwert Q1 wird, wie vorstehend beschrieben wurde. Als Beispiel wird nach stehend angenommen, daß die durch den Motor 32 verbrauch te elektrische Leistung auf oder über den in Schritt S120 festgelegten Grenzwert zunimmt, bevor die Restladung Q der Speicherbatterie 30 den Referenzwert Q1 erreicht. Un ter solchen Bedingungen kehrt dann, wenn der Ausgangszu stand der Speicherbatterie 30 auf den Entladezustand ge ändert wird, das Programm von Schritt S160 zu Schritt S130 zurück, weil die Restladung Q der Speicherbatterie 30 den Referenzwert Q1 nicht erreicht. Das Programm er mittelt dann in Schritt S140, daß sich der Ausgangszu stand der Speicherbatterie 30 in dem Entladezustand be findet, und kehrt zu Schritt S120 zurück, um den Grenz wert zurückzusetzen und den Verbrauch elektrischer Lei stung weiter zu reduzieren. In diesem Fall setzt die Steuerprozedur den Grenzwert der durch den Motor 32 ver brauchten elektrischen Leistung wiederholt zurück, um die Restladung der Speicherbatterie 30 zu regenerieren, bis der Ausgangszustand der Speicherbatterie 30 schließlich auf den Ladezustand geändert wird. In dem Fall, in dem der Ausgangszustand der Speicherbatterie 30 in dem gela denen Zustand gehalten wird, wenn die durch den Motor 32 verbrauchte elektrische Leistung auf oder über den Grenz wert erhöht wird, wird die Restladung Q der Speicherbat terie 30 fortgesetzt regeneriert und erreicht schließlich den vorbestimmten Referenzwert Q1.

In dem vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystem 10 wird der Verbrauch elektrischer Leistung durch den Motor 32 in Antwort auf die verringerte Restladung der Spei cherbatterie 30 eingeschränkt. Dies verhindert wirksam, daß die Restladung der Speicherbatterie 30 auf das kriti sche Niveau abnimmt, und schützt die Brennstoffzellen 20 vor zu großer Last bzw. Belastung. Die Steuerprozedur setzt den Grenzwert der durch den Motor verbrauchten elektrischen Leistung wiederholt zurück, bis der Aus gangszustand der Speicherbatterie 30 auf den geladenen Zustand geändert wird. Diese Anordnung ermöglicht, daß die verringerte Restladung der Speicherbatterie 30 verzö gerungsfrei auf das ausreichende Niveau regeneriert wird, und schützt auf diese Art und Weise die Brennstoffzellen 20 vor verschiedenartigen Problemen, die aufgrund einer erhöhten Last auftreten können, solange die Speicherbat terie 30 die verringerte Restladung aufweist. Die mögli chen Probleme schließen einen Abfall der Ausgangsspannung der Brennstoffzellen 20 aufgrund zu großer Ausgabe durch die Brennstoffzellen 20 und eine teilweise Überhitzung und Beschädigung der Brennstoffzellen 20 ein.

In dem ersten Ausführungsbeispiel beschränkt dann, wenn ermittelt wird, daß die Speicherbatterie 30 eine nicht ausreichende Restladung aufweist, die Steuerprozedur den Verbrauch elektrischer Leistung durch den Motor 32, bis der Ausgangszustand der Speicherbatterie 30 auf den gela denen Zustand wechselt. In Übereinstimmung mit einer wei teren Ausführungsform begrenzt die Steuerprozedur nur die durch die Speicherbatterie 30 verbrauchte elektrische Leistung auf einen vorbestimmten Grenzwert. Dies verhin dert auch, daß die Restladung der Speicherbatterie 30 auf das kritische Niveau abnimmt, und schützt die Brennstoff zellen 20 vor zu großer Last. Der dem Ausgang des Motors 32 unter der Bedingung, daß die Speicherbatterie 30 eine nicht ausreichende Restladung aufweist, auferlegte Grenz wert kann eine von der Restladung der Speicherbatterie 30 unabhängige Konstante sein oder eine Variable, die mit abnehmender Restladung der Speicherbatterie 30 abnimmt. Das Diagramm in Fig. 7 zeigt den Fall, in dem eine Kon stante als Grenzwert festgelegt ist. In diesem Fall wird, solange die Restladung Q der Speicherbatterie 30 geringer ist als der vorbestimmte Referenzwert Q0, die Abgabe durch die Speicherbatterie 30 auf den vorbestimmten Grenzwert begrenzt. Die reale Steuerprozedur beschränkt die Amplitude und die Frequenz des durch den Inverter 80 dem Motor 32 zugeführten Dreiphasen-Wechselstroms, um das Drehmoment und die Drehzahl des Motors 32 auf die jewei ligen dem Grenzwert entsprechenden Niveaus zu begrenzen. Wenn die Restladung Q der Speicherbatterie 30 gleich oder größer als der Referenzwert Q0 wird, wird die Beschrän kung aufgehoben, um zu ermöglichen, daß die Drehzahl des Motors 32 durch Betätigen des Beschleunigungspedals 33a frei regulierbar ist.

Dieser Aufbau beschränkt den Verbrauch elektrischer Ener gie durch den Motor 32 dann, wenn die Restladung Q der Speicherbatterie 30 unter dem Referenzwert Q0 liegt. Die Beschränkung schützt die Brennstoffzellen 20 vor zu gro ßer Last aufgrund der verringerten Restladung Q der Spei cherbatterie 30. Der Grenzwert der durch den Motor 32 verbrauchten elektrischen Leistung kann ein Wert sein, der den Ausgangszustand der Speicherbatterie 30 auf den geladenen Zustand ändert, wenn die Restladung Q der Spei cherbatterie 30 gleich dem Referenzwert Q0 wird. Unter solchen Bedingungen ermöglicht die Beschränkung des Ver brauchs elektrischer Energie durch den Motor 32, daß die Speicherbatterie 30 mit dem Laden beginnen und somit ihre Restladung Q regenerieren kann. Als weiteres Beispiel kann der Grenzwert ein Wert sein, der den Ausgangszustand der Speicherbatterie 30 auch dann in dem Entladezustand hält, wenn die durch den Motor 32 verbrauchte elektrische Energie auf den Grenzwert beschränkt ist. In diesem Fall wird der Ausgangszustand der Speicherbatterie 30 auf den Ladezustand geändert, wenn die Restladung Q der Speicher batterie 30 weiter auf oder unter ein vorbestimmtes Ni veau absinkt. Wenn die Restladung Q der Speichereinrich tung 30 auf oder unter das vorbestimmte Niveau absinkt, wenn der Verbrauch elektrischer Leistung durch den Motor 32 auf den voreingestellten Grenzwert begrenzt ist, be ginnt die Speichereinrichtung mit dem Ladevorgang. Wenn die Restladung der Speichereinrichtung 30 auf ein Niveau regeneriert ist, welches größer ist bzw. höher liegt als das vorbestimmte Niveau, jedoch kleiner ist bzw. niedri ger liegt als der Referenzwert Q0, kann die Speicherbat terie 30 eine begrenzte Menge an elektrischer Leistung abgeben.

Das Diagramm gemäß Fig. 8 zeigt den Fall, in dem der Grenzwert zum Beschränken des Verbrauchs elektrischer Leistung durch den Motor 32 in Übereinstimmung mit der Restladung Q der Speicherbatterie 30 festgelegt wird. Wie bei der vorstehend beschriebenen Prozedur wird der Grenz wert auf die durch den Motor 32 verbrauchte elektrische Leistung festgelegt, wenn die Restladung Q der Speicher batterie 30 kleiner ist als der Referenzwert Q0. In die sem Fall jedoch wird wegen der kleineren Restladung Q der Speicherbatterie 30 der kleinere Grenzwert auf die durch den Motor 32 verbrauchte elektrische Leistung festgelegt. Wenn die Restladung Q der Speichereinrichtung 30 gleich dem oder größer als der Referenzwert Q0 wird, wird eine derartige Beschränkung aufgehoben.

Dieser Aufbau begrenzt den Verbrauch elektrischer Lei stung, wenn die Restladung der Speichereinrichtung 30 kleiner wird als der Referenzwert Q0, und schützt dadurch die Brennstoffzellen 20 vor zu großer Last. Wenn die Restladung Q der Speicherbatterie 30 um ein bestimmtes Maß abnimmt, wird der Ausgangszustand der Speicherbatte rie 30 von dem Entladezustand auf den Ladezustand geän dert. Dies ermöglicht, daß die Restladung Q der Speicher batterie 30 regeneriert wird, bevor sie auf das kritische Niveau absinkt. Die Steuerprozedur gemäß Fig. 7 verrin gert in Antwort auf eine Abnahme der Restladung um ein bestimmtes Maß abrupt die Abgabe an den Motor 32 auf ei nen vorbestimmten Wert und verringert auf diese Art und Weise abrupt die Fahrzeuggeschwindigkeit. Demgegenüber verringert die Steuerprozedur gemäß Fig. 8 die Abgabe an den Motor 32 langsam und verringert auf diese Art und Weise auch die Fahrzeuggeschwindigkeit langsam. Die letztgenannte Steuerprozedur ist im Hinblick auf den Fah rer des Fahrzeugs zu bevorzugen.

Das Diagramm gemäß Fig. 9 zeigt den Fall, in dem der Grenzwert zum Beschränken des Verbrauchs elektrischer Leistung durch den Motor 32 in Übereinstimmung mit der Restladung Q der Speicherbatterie 30 stufenweise festge legt wird. Wie bei der vorstehenden Prozedur wird der Grenzwert auf die durch den Motor 32 verbrauchte elektri sche Leistung festgelegt, wenn die Restladung Q der Spei cherbatterie 30 kleiner ist als der Referenzwert Q0. In diesem Fall jedoch wird die Restladung Q der Speicherbat terie 30, die kleiner ist als der Referenzwert Q0, in ei ne Vielzahl von Stufen unterteilt (vier Stufen in dem Beispiel gemäß Fig. 9), und werden unterschiedliche Grenzwerte für die einzelnen Stufen festgelegt. Dieser Aufbau ermöglicht, daß der Grenzwert des Verbrauchs elek trischer Leistung durch den Motor 32 in Antwort auf den Grad der Abnahme der Restladung Q der Speicherbatterie 30 reguliert werden kann.

In jeder der vorstehenden Steuerprozeduren gemäß Fig. 7 bis 9 wird der Ausgangszustand der Speicherbatterie 30 auf der Grundlage des Zusammenhangs zwischen dem sich auf die Abgabe durch die Speicherbatterie 30 beziehenden Grenzwert und der Restladung Q der Speicherbatterie 30 entweder in den entladenen bzw. entladbaren Zustand oder den geladenen bzw. ladbaren Zustand versetzt, wenn die Restladung Q der Speicherbatterie 30 kleiner ist als der Referenzwert Q0, und es daher erforderlich ist, den Ver brauch elektrischer Leistung durch den Motor 32 zu be schränken. Wie bei der Anordnung gemäß dem ersten Ausfüh rungsbeispiel kann der Grenzwert, der zuvor festgelegt wurde, um die durch den Motor 32 verbrauchte elektrische Leistung zu beschränken, zurückgesetzt werden, um den Ausgangszustand der Speicherbatterie 30 auf den geladenen Zustand zu ändern. In diesem Fall liest nach dem Festle gen des Grenzwerts für den Verbrauch elektrischer Lei stung durch den Motor 32 die Steuerprozedur den von der Speicherbatterie 30 abgegebenen und durch den Stromsensor 90 gemessenen elektrischen Strom und verringert wieder holt den Grenzwert, bis der abgegebene elektrische Strom negativ wird. Diese Anordnung ermöglicht, daß die Restla dung Q der Speicherbatterie 30 dann, wenn die Restladung Q der Speicherbatterie 30 kleiner wird als der Referenz wert Q0, schnell regeneriert werden kann.

Eine weitere mögliche Anordnung führt eine beliebige der in Fig. 7 bis 9 gezeigten Abgabesteuerungen durch, um den Verbrauch elektrischer Leistung durch den Motor 32 zu be schränken, wenn die Restladung Q der Speicherbatterie 30 auf einen Wert kleiner als der Referenzwert Q0 abnimmt, und setzt den Grenzwert wiederholt zurück, bis der Aus gangszustand der Speicherbatterie 30 wie in dem ersten Ausführungsbeispiel auf den geladenen Zustand geändert wird, wenn die Restladung Q der Speicherbatterie 30 wei ter auf einen Wert kleiner als ein vorbestimmter zweiter Referenzwert abnimmt.

Jede der vorstehend beschriebenen Anordnungen ändert den Ausgangszustand der Speicherbatterie 30 auf den geladenen bzw. ladbaren Zustand und regeneriert dadurch die Restla dung Q der Speicherbatterie 30, wenn die Restladung Q der Speicherbatterie 30 um ein gewisses Ausmaß verringert ist.

In jeder der vorstehend beschriebenen Anordnungen wird der Grenzwert so festgelegt, daß die durch die Speicher batterie 30 verbrauchte elektrische Leistung beschränkt wird. Eine weitere mögliche Prozedur beendet den Betrieb des Motors 32, um den Verbrauch elektrischer Leistung weiter einzuschränken. Die Steuereinheit 50 gibt ein An steuersignal an den Ein/Aus-Schalter 38 gemäß der Anord nung nach Fig. 1 aus, woraufhin dann der Ein/Aus-Schalter 38 die Schaltung trennt, um die Zufuhr elektrischer Lei stung zu dem Motor 32 zu unterbrechen und dadurch den Mo tor 32 anzuhalten. Der Ein/Aus-Schalter 38 kann in der den Inverter 80 bildenden Schaltung angeordnet sein.

Diese Prozedur kann die durch den Motor 32 verbrauchte elektrische Leistung durch die Steuerung der Unterbre chung der Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Motor 32 und das Anhalten des Motors 32 einschränken. Zu einer möglichen Ausführungsform wird die geeignete Steuerproze dur in Übereinstimmung mit dem Grad der Verringerung der Restladung Q der Speicherbatterie 30 und den Fahrbedin gungen des Fahrzeugs aus der Steuerung, bei der lediglich der Grenzwert auf den Verbrauch elektrischer Leistung durch den Motor 32, der Steuerung, bei der der Grenzwert auf die Abgabe an den Motor 32 festgelegt wird, um den Ausgangszustand der Speicherbatterie 30 auf den ladbaren Zustand zu ändern, und der Steuerung, bei der der Betrieb des Motors 32 angehalten wird, ausgewählt.

Das Brennstoffzellensystem 10 gemäß dem ersten Ausfüh rungsbeispiel umfaßt den Restladungsmonitor 46 und den Stromsensor 90 und überwacht die Restladung Q der Spei cherbatterie 30 mittels dem Restladungsmonitor 46, wäh rend das Vorzeichen des von der Speicherbatterie 30 abge gebenen elektrischen Stroms mit dem Stromsensor 90 über prüft wird. Eine weitere mögliche Anordnung weist den Restladungsmonitor 46, der etwa in Form eines SOC-Moni tors ausgeführt sein kann, nicht auf, sondern verwendet nur den Stromsensor 90 zum Erfassen der Restladung Q der Speicherbatterie 30.

Diese Anordnung wird nachstehend als zweites Ausführungs beispiel beschrieben.

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau eines Elektrofahrzeugs 15A mit einem an diesem angebrachten Brennstoffzellensystem gemäß einem zweiten Ausführungs beispiel zeigt. Das Elektrofahrzeug 15A mit dem an ihm angebrachten Brennstoffzellensystem 10A hat einen Aufbau, der ähnlich dem des in Fig. 1 gezeigten Elektrofahrzeugs 15 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist, mit der Aus nahme, daß das zweite Ausführungsbeispiel einen Stromsen sor 92 anstelle des Restladungsmonitors 46 aufweist, der an dieser Stelle nicht im einzelnen beschrieben wird.

Das Brennstoffzellensystem 10A weist den zweiten Strom sensor 92 zusätzlich zu dem Stromsensor 90, der von dem Brennstoffzellensystem 10 gemäß dem ersten Ausführungs beispiel umfaßt wird, auf. Während der Stromsensor 90 den von der Speicherbatterie 30 abgegebenen elektrischen Strom I1 mißt, mißt der Stromsensor 92 den gesamten elek trischen Strom I0, d. h. die Summe des von der Speicher batterie 30 abgegebenen elektrischen Stroms und des von den Brennstoffzellen 20 abgegebenen elektrischen Stroms. Sowohl der Stromsensor 90 als auch der Stromsensor 92 sind mit der Steuereinheit 50 verbunden und geben die er mittelten elektrischen Ströme an die Steuereinheit 50 aus. Die Steuereinheit 50 erfaßt die Restladung der Spei cherbatterie 30 auf der Grundlage der zugeführten Daten der ermittelten elektrischen Ströme.

Nachstehend wird das Prinzip des Ermittelns der Restla dung Q der Speicherbatterie 30 auf der Grundlage der er mittelten elektrischen Ströme beschrieben. Der gesamte elektrische Strom I0, der durch den das Brennstoffzellen system 10A bildenden Kreis fließt, erfüllt die Gleichung I1 + I2 = 0, worin I2 den von den Brennstoffzellen 20 ab gegebenen elektrischen Strom repräsentiert. Wenn die Speicherbatterie 30 eine ausreichende Restladung Q auf weist und seine Abgabe nicht eingeschränkt ist, wird die Speicherbatterie 30 unter Abgabe elektrischer Leistung entladen; dies wird als I1 < 0 ausgedrückt. In diesem Fall ist die Ungleichung I2/I0 < 1 erfüllt. Der Wert von I2/I0 wird mit zunehmender angeschlossener Last kleiner (vgl. Fig. 4).

Wenn die Restladung Q der Speicherbatterie 30 nicht grö ßer als ein vorbestimmter Wert und die angeschlossene Last (die von dem Motor 32 benötigte elektrische Lei stung) kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, laden die Brennstoffzellen 20 die Speicherbatterie 30 auf; dies wird als I1 < 0 ausgedrückt. In diesem Fall ist die Un gleichung I2/I0 < 1 erfüllt. Der Wert von I2/I0 nimmt langsam ab und nähert sich mit fortschreitendem Laden der Speicherbatterie 30 durch die Brennstoffzellen 20 dem Wert 1.

Der Wert von I2/I0 hängt von der Restladung Q der Spei cherbatterie 30 und der Größe der angeschlossenen Last ab. Der Wert von I2/I1 kann in Übereinstimmung mit der Last, deren Größe bekannt ist, bei der Restladung Q der Speicherbatterie 30, die gleich dem Referenzwert Q0 ist, ermittelt werden. In dem Brennstoffzellensystem 10A gemäß dem Ausführungsbeispiel werden die Werte von I2/I0 über den Bereich einer erwarteten Lastgröße (der gesamten von dem Motor 32 und den Hilfseinrichtungen 34 benötigten elektrischen Leistung) bei der Restladung Q der Speicher batterie 30, die gleich dem Referenzwert Q0 ist, vorab in der Steuereinheit 50 gespeichert. Dies ermöglicht, den Ausgangszustand der Speicherbatterie 30 in Übereinstim mung mit den von der Speicherbatterie 30 und den Brenn stoffzellen 20 abgegebenen elektrischen Strömen zu ermit teln.

Der Wert von I2/I0 ändert sich auch mit der Temperatur der Speicherbatterie 30. Die Werte von I2/I0 über den Be reich der erwarteten Betriebstemperatur der Speicherbat terie 30 bei der Restladung Q der Speicherbatterie 30, die gleich dem Referenzwert Q0 ist, werden in Form einer Tabelle in der Steuereinheit 50 gespeichert. Fig. 11 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine Routine zum Überprüfen der Restladung zeigt, die durch die CPU 52 ausgeführt wird, um die Restladung der Speicherbatterie 30 in dem Brennstoffzellensystem 10A zu erfassen. Die Routine zum Erfassen der Restladung wird anstelle der Verarbeitung der Schritte S100 und S110 in der Steuerungsroutine, die unter der Bedingung verringerter Restladung in dem Brenn stoffzellensystem 10A gemäß dem ersten Ausführungsbei spiel ausgeführt wird, abgearbeitet.

Wenn das Programm in die Routine gemäß Fig. 11 eintritt, liest die CPU 52 in einem Schritt S200 zunächst Daten der elektrischen Ströme I1 und I0, die durch die Stromsenso ren 90 und 92 gemessen wurden, und liest dann in einem Schritt S210 den Gesamtbetrag der Last bzw. die Gesamt last. Die Gesamtlast wird durch Lesen der Ansteuerbedin gungen des Motors 32 und der Hilfseinrichtungen 34 ermit telt. Die CPU 52 mißt in einem Schritt S220 in Folge die Temperatur der Speicherbatterie 30 mit einem (nicht ge zeigten) Temperatursensor.

In einem Schritt S230 ermittelt die CPU einen Wert "x" von I2/I0 bei der Restladung der Speicherbatterie 30, die gleich dem Referenzwert Q0 ist, auf der Grundlage der er mittelten Gesamtlast und der ermittelten Temperatur der Speicherbatterie 30. Die CPU 52 berechnet dann den Wert I2/I0 aus den ermittelten, in Schritt S200 gelesenen elektrischen Strömen I1 und I0, und vergleicht in einem Schritt S240 den Wert I2/I0 mit dem Wert "x" auf der Grundlage des Referenzwerts Q0. Wenn der auf den ermit telten elektrischen Strömen beruhende Wert von I2/I0 grö ßer als der Wert "x" ist, ermittelt das Programm in einem Schritt S250, daß die Restladung Q der Speicherbatterie 30 kleiner ist als der Referenzwert Q0, und verläßt diese Routine. Das Programm schreitet unter der Bedingung ver ringerter Restladung dann zu Schritt S120 der in dem Ab laufdiagramm gemäß Fig. 6 gezeigten Steuerroutine fort, um den Verbrauch elektrischer Leistung durch den Motor 32 einzuschränken. Wenn andererseits der auf den ermittelten elektrischen Strömen beruhende Wert von I2/I0 nicht grö ßer ist als der Wert "x", ermittelt das Programm in einem Schritt S260, daß die Restladung Q der Speicherbatterie 30 nicht kleiner ist als der Referenzwert Q0, und verläßt sowohl diese Routine als auch die Steuerroutine unter der Bedingung verringerter Restladung.

In dem Brennstoffzellensystem 10A gemäß dem zweiten Aus führungsbeispiel, bei dem die Restladung Q der Speicher batterie 30 auf der Grundlage der beobachteten elektri schen Ströme ermittelt wird, wird auch die Verarbeitung gemäß den Schritten S150 und S160 in der Steuerroutine unter der Bedingung verringerter Restladung, die in dem Ablaufdiagramm gemäß Fig. 6 gezeigt ist, durch die ver gleichbare Verarbeitung ersetzt. Die CPU 52 liest auf der Grundlage der ermittelten Gesamtlast und der ermittelten Temperatur der Speicherbatterie 30 anstelle des Referenz werts Q0 den Wert von I2/I0, der dem Referenzwert Q1 ent spricht, aus einer in der Steuereinheit 50 gespeicherten vorbestimmten Tabelle und vergleicht den auf den ermit telten elektrischen Strömen beruhenden Wert von I2/I0 mit dem auf dem Referenzwert Q1 beruhenden Wert von I2/I0.

In dem zweiten, vorstehend beschriebenen Ausführungsbei spiel werden der von der Speicherbatterie 30 abgegebene elektrische Strom I1 und der gesamte elektrische Strom I0 mit den Stromsensoren 90 und 92 gemessen. Jedoch kann an stelle von I1 und I0 der von den Brennstoffzellen 20 ab gegebene elektrische Strom 20 gemessen werden. Da der an dere elektrische Strom (beispielsweise I2) aus den ermit telten beiden Strömen (beispielsweise I0 und I1) berech net werden kann, ist eine Messung für zumindest zwei der elektrischen Ströme I1, I0 und I2 erforderlich.

Das Brennstoffzellensystem 10A gemäß dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel benötigt den Restladungsmonitor 46, der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel an der Speicherbat terie 30 angebracht ist, um die Restladung der Speicher batterie 30 zu messen, nicht. Dies vereinfacht den Aufbau des gesamten Systems. Der Aufbau gemäß dem zweiten Aus führungsbeispiel mit zwei einfachen Stromsensoren kann die Restladung Q der Speicherbatterie 30 erfassen und den Lade- und Entlade-Zustand der Speichereinrichtung 30 überwachen.

Das Brennstoffzellensystem 10A gemäß dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel mißt aus dem von der Speicherbatterie 30 abgegebenen elektrischen Strom, dem von den Brennstoff zellen 20 abgegebenen elektrischen Strom und dem gesamten elektrischen Strom I0 zumindest zwei Ströme und ermittelt die Restladung Q der Speicherbatterie 30 auf der Grundla ge der beobachteten Ströme. Eine weitere mögliche Ausfüh rungsform ermittelt die Restladung Q der Speicherbatterie 30 auf der Grundlage des von der Speicherbatterie 30 ab gegebenen Stroms I1 und der Spannung in dem das Brenn stoffzellensystem 10A bildenden Kreis.

Eine solche Anordnung wird nachstehend als drittes Aus führungsbeispiel beschrieben.

Fig. 12 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau eines Elektrofahrzeugs 15B mit einem an diesem angebrachten Brennstoffzellensystem 10B gemäß dem dritten Ausführungs beispiel zeigt. Das Elektrofahrzeug 15B mit dem an ihm angebrachten Brennstoffzellensystem 10B hat einen Aufbau, der zu dem des Elektrofahrzeugs 15 gemäß dem in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel und zu dem des Elek trofahrzeugs 15A gemäß dem in Fig. 10 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel ähnlich ist, mit der Ausnahme, daß das dritte Ausführungsbeispiel anstelle des Restladungs monitors 46 oder des Stromsensors 92 einen Spannungssen sor 94 aufweist, der an dieser Stelle nicht im einzelnen beschrieben wird.

Das Brennstoffzellensystem 10B weist den Spannungssensor 94 zusätzlich zu dem Stromsensor 90, der von den Brenn stoffzellensystemen 10 und 10A gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel umfaßt wird, auf. Da die Brennstoffzellen 20 und die Speicherbatterie 30 parallel miteinander verschaltet sind, repräsentiert die durch den Spannungssensor 94 gemessene Spannung die Ausgangsspan nung der Brennstoffzellen 20 und die Ausgangsspannung der Speicherbatterie 30. Der Spannungssensor 94 ist mit der Steuereinheit 50 verbunden und gibt die beobachtete Span nung an die Steuereinheit 50 aus. Die Steuereinheit 50 erfaßt die Restladung Q der Speicherbatterie 30 auf der Grundlage der zugeführten Daten der durch den Spannungs sensor 94 gemessenen Spannung und des durch den Stromsen sor 90 gemessenen elektrischen Stroms.

Nachstehend wird das Prinzip der Ermittlung der Restla dung Q der Speicherbatterie 30 auf der Grundlage der be obachteten Spannung und des beobachteten elektrischen Stroms beschrieben. Fig. 13 ist ein Diagramm, welches vereinfacht die Ausgangskennlinien der Brennstoffzellen 20 und der Speicherbatterie 30 in dem ausreichenden Lade zustand (beispielsweise 90%) und in dem nicht ausrei chenden Ladezustand (beispielsweise 20%) zeigt, wobei die Restladung Q gleich dem Referenzwert Q0 ist. In Bezug auf eine bestimmte, durch den Spannungssensor 94 gemesse ne Spannung wird der von der Speicherbatterie 30 abgege bene elektrische Strom eindeutig in Übereinstimmung mit deren Restladung bestimmt. Wenn zum Beispiel Vt5 die be obachtete Spannung repräsentiert, ist der von der Spei cherbatterie 30 abgegebene elektrische Strom bei einer Restladung Q der Speicherbatterie 30 von 90% gleich IB5, bei einer Restladung von 20% gleich IB6 und bei dem Re ferenzwert Q0 gleich IB7.

In dem Brennstoffzellensystem 10B gemäß dem dritten Aus führungsbeispiel werden die Ausgangskennlinien der Spei cherbatterie 30 bei einer Restladung Q der Speicherbatte rie 30, die gleich dem Referenzwert Q0 ist, in der Steu ereinheit 50 gespeichert. Die Steuereinheit 50 empfängt Daten des beobachteten, von der Speicherbatterie 30 abge gebenen elektrischen Stroms I1 und der beobachteten Span nung V und vergleicht den beobachteten elektrischen Strom I1 mit einem von der Speicherbatterie 30 abgegebenen elektrischen Strom IBQ bei der Spannung V und der Restla dung Q der Speicherbatterie 30, die gleich dem Referenz wert Q0 ist. Wenn I1 < IBQ ist, wird ermittelt, daß die Restladung Q der Speicherbatterie 30 größer als der Refe renzwert Q0 ist. Wenn andererseits I1 < IBQ ist, wird er mittelt, daß die Restladung Q der Speicherbatterie 30 kleiner als der Referenzwert Q0 ist. Die Ausgangskennli nien der Speicherbatterie 30 bei der Restladung Q der Speicherbatterie 30, die gleich dem Referenzwert Q0 ist, hängen auch von der Temperatur der Speicherbatterie 30 ab. Die Ausgangskennlinien der Speicherbatterie 30 über den Bereich der erwarteten Betriebstemperatur der Spei cherbatterie 30 bei der Restladung Q der Speicherbatterie 30 gleich dem Referenzwert Q0 werden infolgedessen in der Steuereinheit 50 gespeichert. Fig. 14 ist ein Ablaufdia gramm, welches eine Routine zum Überprüfen der Restladung zeigt, die von der CPU 52 ausgeführt wird, um die Restla dung Q der Speicherbatterie 30 in dem Brennstoffzellensy stem 10B zu erfassen. Die Routine zum Überprüfen der Restladung wird anstelle der Schritte S100 und S110 in der Steuerroutine unter der Bedingung verringerter Rest ladung, die in dem Brennstoffzellensystem 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird, abgearbeitet.

Wenn das Programm in die Routine gemäß Fig. 14 eintritt, liest die CPU 52 in einem Schritt S300 den durch den Stromsensor 90 gemessenen elektrischen Strom I1, liest in einem Schritt S310 die durch den Spannungssensor 94 ge messene Spannung V, und liest in einem Schritt S320 die durch einen (nicht gezeigten) Temperatursensor gemessene Temperatur der Speicherbatterie 30. Das Programm schrei tet dann zu einem Schritt S330 fort, um den von der Spei cherbatterie 30 bei der Restladung Q der Speicherbatterie 30, die gleich dem Referenzwert Q0 ist, abgegebenen elek trischen Strom IBQ, der auf der beobachteten Spannung und der beobachteten Temperatur der Speicherbatterie 30 be ruht, zu lesen. In einem nachfolgenden Schritt S340 wird der Wert des abgegebenen elektrischen Stroms IBQ mit dem in Schritt S300 gelesenen, beobachteten Strom S300 ver glichen. Wenn der berechnete, auf der Restladung Q der Speicherbatterie 30 beruhende elektrische Strom IBQ grö ßer ist als der beobachtete elektrische Strom I1, ermit telt das Programm in einem Schritt S350, daß die Restla dung Q der Speicherbatterie 30 kleiner ist als der Refe renzwert Q0, und verläßt diese Routine. Wenn demgegenüber der berechnete, auf der Restladung Q der Speicherbatterie 30 beruhende elektrische Strom IBQ nicht größer ist als der beobachtete elektrische Strom I1, ermittelt das Pro gramm in einem Schritt S360, daß die Restladung Q der Speicherbatterie 30 nicht kleiner ist als der Referenz wert Q0 und verläßt sowohl diese Routine als auch die Steuerroutine unter der Bedingung verringerter Restla dung.

In dem Brennstoffzellensystem 10B gemäß dem dritten Aus führungsbeispiel, bei welchem die Restladung Q der Spei cherbatterie 30 auf der Grundlage des beobachteten elek trischen Stroms und der beobachteten Spannung ermittelt wird, wird auch die Verarbeitung der Schritte S150 und S160 in der Steuerroutine unter der Bedingung verringer ter Restladung, die in dem Ablaufdiagramm gemäß Fig. 6 gezeigt ist, durch die vergleichbare Verarbeitung er setzt. Die CPU 52 liest auf der Grundlage der beobachte ten Spannung und der beobachteten Temperatur der Spei cherbatterie 30 den elektrischen Strom IBQ der Speicher batterie 30, der anstelle dem Referenzwert Q0 dem Refe renzwert Q1 entspricht, aus einer in der Steuereinheit 50 gespeicherten, vorbestimmten Tabelle und vergleicht den berechneten elektrischen Strom IBQ mit dem beobachteten elektrischen Strom I1.

Wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel benötigt das Brenn stoffzellensystem 10B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel anders als in dem ersten Ausführungsbeispiel keinen an der Speicherbatterie 30 angebrachten Restladungsmonitor 46, um die Restladung Q der Speicherbatterie 30 zu messen. Dies ver einfacht den Aufbau des gesamten Systems. Der Aufbau des dritten Ausführungsbeispiels mit einem einfachen Stromsensor und einem einfachen Spannungssensor kann die Restladung Q der Speicherbatterie 30 erfassen und den Lade/Entlade-Zustand der Speicherbatterie 30 überwachen.

Gemäß den vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausfüh rungsbeispielen gibt die Steuereinheit 50 ein Ansteuersignal an den Inverter 80 aus und reguliert die Amplitude und die Frequenz des von dem Inverter 80 dem Motor 32 zugeführten Dreiphasen-Wechselstroms, um den Verbrauch elektrischer Ener gie durch den Motor 32 zu verringern und die Abgabe durch die Speicherbatterie 30 zu begrenzen. Dieser Aufbau benötigt kei ne spezielle Schaltungsanordnung, sondern kann durch Übertra gung elektrischer Signale die durch den Motor 32 verbrauchte elektrische Leistung auf einfache Art und Weise reduzieren. Eine weitere mögliche Ausführungsform verwendet einen Wider stand mit einem vorbestimmten Wert, der an einer vorbestimm ten Position in der den Motor 32 beinhaltenden Schaltungsan ordnung angeordnet und durch einen Schaltvorgang eines Kon takts zuschaltbar ist. Dieser modifizierte Aufbau erhöht durch Umschalten des Kontakts den Widerstand in der gesamten Schaltung und beschränkt dadurch die durch den Motor 32 ver brauchte elektrische Leistung.

Das erste bis dritte Ausführungsbeispiel betreffen die Steue rung der Abgabe an den Motor 32, die ausgeführt wird, wenn die Restladung Q der Speicherbatterie 30 absinkt. In einem tatsächlichen Elektrofahrzeug verhindert eine solche Steue rung dann, wenn der Fahrer auf das Beschleunigungspedal 33a tritt, eine Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit, verringert die Fahrzeuggeschwindigkeit oder bewirkt sogar, daß das Fahr zeug angehalten wird. Eine bevorzugte Anordnung informiert demgemäß den Fahrer über den der Abgabesteuerung unterliegen den Zustand, in dem eine vorbestimmte Meldeleuchte zum Leuch ten gebracht oder eine Ton- oder Piepton-Meldung ausgegeben wird, wenn die Restladung Q der Speicherbatterie 30 verrin gert und die Abgabe an den Motor 32 eingeschränkt ist. Eine solche Information bewahrt den Fahrer davor, irrtümlicherwei se den Zustand der Abgabesteuerung als Fehlfunktion des Fahr zeugs zu betrachten, und gewährleistet das sichere Fahren un ter den Bedingungen der Abgabesteuerung.

In einem wie vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensy stem 10, welches einen Brennstoffzellenstapel 20 und eine Speicherbatterie 30 umfaßt, wird die Restladung der Spei cherbatterie 30 durch einen Restladungsmonitor 46 über wacht. Wenn die festgestellte Restladung der Speicherbat terie 30 kleiner ist als ein vorbestimmter Referenzwert, gibt eine Steuereinheit 50 ein Ansteuersignal an einen Inverter 80 aus, um den Verbrauch elektrischer Leistung durch einen Motor 32 zu beschränken. Wenn auf der Grund lage des von der Speicherbatterie 30 abgegebenen und durch einen Stromsensor 90 gemessenen elektrischen Stroms ermittelt wird, daß der Zustand des Ausgangs der Spei cherbatterie 30 ein entladener Zustand ist, begrenzt die Steuereinheit 50 die durch den Motor 32 verbrauchte elek trische Leistung weiter. Diese Vorgänge werden wiederholt ausgeführt, um die Speicherbatterie 30 zu laden und die Restladung der Speicherbatterie 30 wieder auf ein ausrei chendes Niveau zu regenerieren.

Claims

1. Brennstoffzellensystem, welches einen Brennstoff zellenstapel (20) und eine Speicherbatterie (30) auf weist, die parallel zueinander geschaltet und mit einer Last verbunden sind, und welches elektrische Leistung aus dem Brennstoffzellenstapel und der Speicherbatterie an die Last abgibt, gekennzeichnet durch
eine Restladungserfassungseinrichtung (46) zum Er fassen einer Restladung der Speicherbatterie; und
eine Abgabesteuereinrichtung (50), die dann, wenn die erfaßte Restladung der Speicherbatterie kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, die Zufuhr elektrischer Lei stung zu der Last beschränkt.

2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffzellensystem mit einer Vielzahl von von einer Last umfaßten Lasten verbunden ist, und daß die Abgabesteuereinrichtung die Zufuhr elek trischer Leistung zu zumindest einer der Vielzahl der La sten unterbricht und dadurch die Zufuhr elektrischer Lei stung zu der Last beschränkt.

3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabesteuereinrichtung die Zu fuhr elektrischer Leistung zu der Last auf einen vorbe stimmten Wert begrenzt, um dem Brennstoffzellenstapel zu ermöglichen, die Speicherbatterie zu laden.

4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Restladungserfassungseinrichtung umfaßt:
eine Meßeinrichtung für elektrischen Strom (90, 92) zum Messen zumindest zweier aus einem von dem Brennstoff zellenstapel abgegebenen Brennstoffzellenstrom, einem von der Speicherbatterie abgegebenen Speicherbatteriestrom und einem elektrischen Gesamtstrom, der gleich der Summe aus dem Brennstoffzellenstrom und dem Speicherbatterie strom ist, ausgewählter elektrischer Ströme; und
eine Einrichtung zum Erfassen der Restladung der Speicherbatterie auf der Grundlage der zumindest zwei durch die Meßeinrichtung für elektrischen Strom gemesse nen elektrischen Ströme.

5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Restladungserfassungseinrichtung umfaßt:
eine Meßeinrichtung für elektrischen Strom (90, 92) zum Messen zumindest zweiter aus einem von dem Brenn stoffzellenstapel abgegebenen Brennstoffzellenstrom, ei nem von der Speicherbatterie abgegebenen Speicherbatte riestrom und einem elektrischen Gesamtstrom, der gleich der Summe aus dem Brennstoffzellenstrom und dem Speicher batteriestrom ist, ausgewählter elektrischer Ströme; und
eine Einrichtung zum Erfassen der Restladung der Speicherbatterie auf der Grundlage der zumindest zwei durch die Meßeinrichtung für elektrischen Strom gemesse nen elektrischen Ströme.

6. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Restladungserfassungseinrichtung umfaßt:
eine Meßeinrichtung für elektrischen Strom (90, 92) zum Messen zumindest zweiter aus einem von dem Brenn stoffzellenstapel abgegebenen Brennstoffzellenstrom, ei nem von der Speicherbatterie abgegebenen Speicherbatte riestrom und einem elektrischen Gesamtstrom, der gleich der Summe aus dem Brennstoffzellenstrom und dem Speicher batteriestrom ist, ausgewählter elektrischer Ströme; und
eine Einrichtung zum Erfassen der Restladung der Speicherbatterie auf der Grundlage der zumindest zwei durch die Meßeinrichtung für elektrischen Strom gemesse nen elektrischen Ströme.

7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Restladungserfassungseinrichtung umfaßt:
eine Strommeßeinrichtung (90) zum Messen eines von der die Speicherbatterie abgegebenen Speicherbatterie stroms;
eine Spannungsmeßeinrichtung (94) zum Messen einer Spannung in dem Brennstoffzellensystem; und
eine Einrichtung zum Messen der Restladung der Spei cherbatterie auf der Grundlage des durch die Strommeßein richtung gemessenen Speicherbatteriestroms und der durch die Spannungsmeßeinrichtung gemessenen Spannung.

8. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Restladungserfassungseinrichtung umfaßt:
eine Strommeßeinrichtung (90) zum Messen eines durch die Speicherbatterie ausgegebenen Speicherbatteriestroms;
eine Spannungsmeßeinrichtung (94) zum Messen einer Spannung in dem Brennstoffzellensystem; und
eine Einrichtung zum Messen der Restladung der Spei cherbatterie auf der Grundlage des durch die Strommeßein richtung gemessenen Speicherbatteriestroms und der durch die Spannungsmeßeinrichtung gemessenen Spannung.

9. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Restladungserfassungseinrichtung umfaßt:
eine Strommeßeinrichtung (90) zum Messen eines durch die Speicherbatterie ausgegebenen Speicherbatteriestroms;
eine Spannungsmeßeinrichtung (94) zum Messen einer Spannung in dem Brennstoffzellensystem; und
einer Einrichtung zum Messen der Restladung der Speicherbatterie auf der Grundlage des durch die Strom meßeinrichtung gemessenen Speicherbatteriestroms und der durch die Spannungsmeßeinrichtung gemessenen Spannung.

10. Elektrofahrzeug (15) mit einem durch elektrische Energie in Drehung versetzten Motor (32) und einer Ein richtung zum Übertragen einer Drehkraft des Motors auf eine Achse mit dadurch erfolgendem Erzeugen einer An triebskraft für das Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß
das Elektrofahrzeug ein eingebautes Brennstoffzel lensystem (10) aufweist,
ein Leistungsversorgungssystem einen Brennstoffzel lenstapel (20) und eine Speicherbatterie (30) umfaßt, die parallel zueinander geschaltet und mit dem Motor verbun den sind und an den Motor elektrische Leistung aus dem Brennstoffzellenstapel und der Speicherbatterie abgeben,
und daß das Brennstoffzellensystem
eine Restladungserfassungseinrichtung (46) zum Er fassen einer Restladung der Speicherbatterie; und
eine Abgabesteuereinrichtung (50), die dann, wenn die erfaßte Restladung der Speicherbatterie unter einem vorbestimmten Wert liegt, die Zufuhr elektrischer Lei stung zu dem Motor beschränkt, umfaßt.

11. Elektrofahrzeug nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abgabesteuereinrichtung den Betrieb des Motors steuert und dabei die Zufuhr elektrischer Lei stung zu dem Motor beschränkt.

12. Verfahren zum Steuern der Zufuhr elektrischer Leistung zu einer Last unter Verwendung eines Brennstoff zellensystems (10), welches einen Brennstoffzellenstapel (20) und eine Speicherbatterie (30) umfaßt, die parallel zueinander geschaltet und mit der Last verbunden sind, und welches elektrische Leistung aus dem Brennstoffzel lenstapel und der Speicherbatterie an die Last abgibt, gekennzeichnet durch die Schritte:

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß der Schritt (b) den nachstehenden Schritt um faßt:
Unterbrechen der Zufuhr elektrischer Leistung zu zu mindest einer von in einer Vielzahl von Lasten enthalte nen Last und dadurch Beschränken der Zufuhr elektrischer Leistung zu der Last.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß der Schritt (b) den nachstehenden Schritt um faßt:
Begrenzen der Zufuhr elektrischer Leistung zu der Last auf einen vorbestimmten Wert, um dem Brennstoffzel lenstapel zu ermöglichen, die Speicherbatterie zu laden.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß der Schritt (a) die nachstehenden Schritte um faßt:

(a-1) Messen zumindest zweier aus einem von dem Brennstoffzellenstapel abgegebenen Brennstoffzellenstrom, einem durch die Speicherbatterie abgegebenen Speicherbat teriestrom und einem elektrischen Gesamtstrom, der gleich der Summe aus dem Brennstoffzellenstrom und dem Speicher batteriestrom ist, ausgewählter elektrischer Ströme; und
(a-2) Erfassen der Restladung der Speicherbatterie auf der Grundlage der zumindest zwei in Schritt (a-1) ge messenen elektrischen Ströme.

16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß der Schritt (a) die nachstehenden Schritte umfaßt:

(a-11) Messen eines von der Speicherbatterie abgegebe nen Speicherbatteriestroms;
(a-12) Messen einer Spannung in dem Brennstoffzellen system; und
(a-13) Messen der Restladung der Speicherbatterie auf der Grundlage des in Schritt (a-11) gemessenen Speicherbat teriestroms und der in Schritt (a-12) gemessenen Spannung.