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TECHNISCHER
BEREICH
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Energieversorgung mittels einer
Kraftstoffzelle und eines wiederaufladbaren Speicherabschnitts.
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STAND DER
TECHNIK
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Unter
Berücksichtigung
der globalen Umgebung wurden in den vergangenen Jahren elektrische Fahrzeuge
und Hybrid-Fahrzeuge vorgeschlagen, die von einem Motor angetrieben
werden, der von einer Brennstoffzelle mit Energie versorgt wird.
Brennstoffzellen sind Vorrichtungen, die Elektrizität durch eine
elektrochemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugen.
Brennstoffzellenemissionen bestehen hauptsächlich aus Wasserdampf, was
Hybrid-Fahrzeuge und elektrische Fahrzeuge, die Brennstoffzellen
verwenden, sehr umgebungsfreundlich macht.
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Brennstoffzellen
sind jedoch typischerweise durch eine niedrige Ausgangsreaktionsfähigkeit
in Bezug auf die Leistungsanforderung gekennzeichnet. Das heißt, wenn
das Gaspedal plötzlich
niedergedrückt
wird, kann in einigen Fällen
die Leistung nicht schnell genug bereitgestellt werden. Dieses rührt von
der niedrigen Reaktionsfähigkeit
in der Versorgung des Brenngases her.
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Durch
kontinuierliches Zuführen
bzw. Versorgen einer großen
Menge von Brenngas zur Brennstoffzelle unabhängig von der Leistungsanforderung kann
die Ausgangsreaktionsfähigkeit
verbessert werden, aber da die Ansteuerung einer Pumpe etc. zum Zuführen von
Brennstoff Energie verbraucht, ist die Energieeffizienz niedriger.
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Zuvor
wurde ebenfalls ein Verfahren zum Verwenden einer Brennstoffzelle
in Verbindung mit einer Batterie vorgeschlagen, das die Energie
von der Batterie verwendet, um die verzögerte Reaktion der Brennstoffzelle
zu kompensieren. Es werden beispielsweise eine Brennstoffzelle und
eine Batterie als die Energieversorgung bzw. -quelle verwendet,
und wenn eine Schwankung der Leistungsanforderung gering genug ist,
so dass sie von der Brennstoffzelle erfüllt werden kann, wird die Leistung
von der Brennstoffzelle alleine ausgegeben, wohingegen, wenn eine
große
Schwankung in der Leistungsanforderung bzw. dem Energiebedarf vorhanden
ist, die Leistung durch die Brennstoffzelle und die Batterie zusammen bereitgestellt
wird. Die Batterie wird von der Brennstoffzelle nach Bedarf aufgeladen.
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Das
Dokument US-A-5 334 463 beschreibt ein Hybrid-Kraftstoff-Batterie-System
und dessen Betriebsverfahren. Das Hybrid-Brennstoffzellensystem
enthält
eine Brennstoffzelle, die elektrische Energie durch Reaktion von
Brenngas und Sauerstoffgas erzeugt, eine Strombegrenzungsstruktur
zum Begrenzen eines Ausgangsstromes der Brennstoffzelle, eine Speicherzelle,
die parallel zu einer Serienschaltung geschaltet ist, die eine Brennstoffzelle
und die Strombegrenzungsstruktur aufweist, um der Brennstoffzelle
zu helfen, elektrische Energie einer externen Last zuzuführen, eine
Struktur zur Erfassung der Schwankung einer externen Last zum Erfassen
einer Schwankung in dem Strom, der von der externen Last angefordert
wird, und eine Strombegrenzungseinstellstruktur zum Folgen der Schwankung
der Stromanforderung von der externen Last durch Ändern der
Beschränkung
des Ausgangsstromes der Brennstoffzelle, die von der Strombegrenzungsstruktur
durchgeführt
wird, im Verlaufe der Zeit. Ein Steuerstrom der Strombegrenzungseinstellvorrichtung ändert sich
gemäß einem
Steuerstrom der unmittelbaren Vergangenheit und einem Zeitintegrationswert eines
Stromes einer externen Last.
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Brennstoffzellen
sind Vorrichtungen, die sich derzeitig in der Entwicklung befinden.
Somit wurde die Möglichkeit
der Verbesserung der Reaktionsfähigkeit
durch eine Steuerung derselben noch nicht ausreichend untersucht.
Außerdem
wurden Verfahren der Energiezufuhr von einer Brennstoffzelle und einer
wiederaufladbaren Energiequelle, wie z. B. einer Batterie, die in
Verbindung miteinander verwendet werden, durch eine optimale Kombination
der vorteilhaften Merkmale dieser beiden noch nicht ausreichend
studiert.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technologie bereitzustellen,
die eine gute Brennstoffzellenausgangsreaktionsfähigkeit auf einen Energiebedarf
hin gewährleistet
und die dieselbe effektiv als eine Energiequelle verwendet.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der
abhängige
Anspruch ist auf eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gerichtet.
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Eine
Energieversorgungsvorrichtung der Erfindung besteht aus einer Energieversorgungsvorrichtung,
die Energie unter Verwendung einer Brennstoffzelle und einem wiederaufladbarem
Speicherabschnitt als die Energiequelle verwendet, wobei die Vorrichtung
aufweist:
einen Brennstoffzellensteuerabschnitt zum Steuern des
Betriebes der Brennstoffzelle in Bezug auf einen vorbestimmten Soll-Ausgangswert;
einen
Lade-/Entladeabschnitt zum Laden/Entladen des Speicherabschnitts,
um einen Unterschied zwischen dem Energiebedarf und der Energie,
die von der Brennstoffzelle ausgegeben werden kann, zu kompensieren;
einen Änderungsratenerfassungsabschnitt
zum Erfassen der Änderungsrate
des Energiebedarfs; und
einen Soll-Ausgangswerteinstellabschnitt
zum Modifizieren des Soll-Ausgangswertes in Bezug auf den Energiebedarf,
wenn der Absolutwert der Änderungsrate
einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Die
Energieversorgungsvorrichtung entspricht dem Begrenzen des Zeitpunkt
zum Einstellen der Soll-Ausgangswerte. Durch Vermeiden von häufigen Schwankungen
in dem Soll-Ausgangswert kann ein stabiler Betrieb der Brennstoffzelle
realisiert werden.
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Insbesondere
liegt gemäß der Erfindung
der Zeitpunkt, zu dem ein neuer Soll-Ausgangswert eingestellt wird,
dann vor, wenn die Änderungsrate
der Leistungsanforderung bzw. des Energiebedarfs einen vorbestimmten
Wert überschreitet.
Wenn die Änderungsrate
klein ist, wird derselbe Soll-Ausgangswert aufrechterhalten. Dadurch
wird die Soll-Ausgangswerteinstellung für die Brennstoffzelle weniger empfindlich
hinsichtlich geringer Schwankungen des Energiebedarfs gemacht. Als
Ergebnis kann die Brennstoffzelle auf stabile Weise gesteuert werden. Diskrepanzen
im Ausgang der Brennstoffzelle, die von geringen Schwankungen im
Energiebedarf herrühren,
können
durch den Speicherabschnitt kompensiert werden. Dementsprechend
kann die Ausgangsreaktionsfähigkeit
auf den Energiebedarf gewährleistet
werden, während
die Brennstoffzelle effektiv verwendet wird.
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Die
Energieversorgungsvorrichtung weist den Vorteil auf, dass sie in
der Lage ist, die Energieeffizienz der Vorrichtung insgesamt zu
verbessern. Es wird ein Fall betrachtet, bei dem der Ausgang der Brennstoffzelle
auf einen konstanten Wert gesteuert wird, wobei Diskrepanzen in
Bezug auf den Energiebedarf von dem Speicherabschnitt kompensiert
werden. In diesem Fall muss, je größer die Differenz zwischen
dem Brennstoffzellenausgang und dem Energiebedarf ist, um so mehr
zusätzliche
Energie von dem Speicherabschnitt bereitgestellt werden. Wenn Energie
unter derartigen Bedingungen zugeführt wird, neigt das Laden/Entladen
des Speicherabschnitts dazu, unausgeglichen zu werden. Da außerdem das
Laden/Entladen einen Energieverlust mit sich bringt, kann der Verlust
der Energieeffizienz daraus resultieren. Mit der Energieversorgungsvorrichtung
wird der Soll-Ausgangswert für
die Brennstoffzelle entsprechend einem vorbestimmten Zeitpunkt erneuert,
so dass der Brennstoffzellenausgang auf einem Pegel dicht bei dem
Energiebedarf aufrechterhalten werden kann, und die zusätzliche
Energie, die von dem Speicherabschnitt bereitgestellt wird, wird verringert.
Als Ergebnis können
nachteilige Auswirkungen, die oben beschrieben wurden, vermieden werden,
und die Energieeffizienz kann verbessert werden.
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In
der Energieversorgungsvorrichtung ist es ebenfalls vorteilhaft,
den Soll-Ausgangswert in Bezug auf die Änderung der Restladung zu korrigieren. Dadurch
kann die Restladung in dem Speicherabschnitt innerhalb eines vorbestimmten
Bereiches auf relativ einfache Weise aufrechterhalten werden.
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Neben
dem oben beschriebenen Aufbau der Energieversorgungsvorrichtung
kann die Erfindung als ein Steuerverfahren für eine Energieversorgungsvorrichtung
bereitgestellt werden. In Verbindung mit einem Motor, der die Energieversorgungsvorrichtung als
seine Energiequelle aufweist, kann die Erfindung als eine Antriebsenergieausgabevor richtung
vorgesehen sein. Alternativ kann die Erfindung als ein elektrisches
Auto oder ein Hybrid-Fahrzeug, das diesen Motor als seine Antriebsenergiequelle
aufweist, vorgesehen sein.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein vereinfachtes Konfigurationsdiagramm des Hybrid-Fahrzeugs des
Beispiels 1.
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2 ist
ein beispielhaftes Diagramm, das eine vereinfachte Konfiguration
eines Brennstoffzellensystems zeigt.
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3 ist
ein beispielhaftes Diagramm, das Eingangs-/Ausgangssignalverbindungen
mit der Steuereinheit 70 zeigt.
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4 ist
ein beispielhaftes Diagramm, das Beziehungen zwischen Fahrzeugantriebsbedingungen
und der Antriebsenergiequelle zeigt.
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5 ist
ein Flussdiagramm einer Energieausgabeprozessroutine in der Zone
MG.
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6 ist
ein beispielhaftes Diagramm, das Beziehungen zwischen der Restladung
SOC, des Grades der Beschleunigung und des Soll-Ausgangswertes zeigt.
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7 ist
ein Zeitdiagramm, das die Änderung
des Soll-Ausgangswertes der Brennstoffzelle 60, des tatsächlichen
Ausgangs und des Ausgangs der Batterie 50 zeigt.
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8 ist
ein Zeitdiagramm, das die Änderung
des Soll-Ausgangswertes der Brennstoffzelle 60, des tatsächlichen
Ausgangs und des Ausgangs der Batterie 50 als Vergleichsbeispiel
zeigt.
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9 ist
ein Flussdiagramm einer Prozessroutine zum Einstellen des Soll-Ausgangswertes
gemäß Beispiel
2.
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10 ist
ein Zeitdiagramm, das die Änderung
des Soll-Ausgangswertes der Brennstoffzelle 60, des tatsächlichen
Ausgangs und des Ausgang der Batterie 50 zeigt.
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11 ist
ein vereinfachtes Konfigurationsdiagramm des Hybrid-Fahrzeugs des
Beispiels 3.
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12 ist
ein Flussdiagramm einer Energieausgabeprozessroutine gemäß Beispiel
3.
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13 ist
ein Flussdiagramm eines Soll-Ausgangswertkorrekturprozesses.
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14 ist
ein Zeitdiagramm, das die Änderung
des Soll-Ausgangswertes der Brennstoffzelle 60, des tatsächlichen
Ausgangs und des Ausgangs der Batterie 50 zeigt.
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15 ist
ein vereinfachtes Konfigurationsdiagramm eines elektrischen Fahrzeugs.
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BESTER MODUS
ZUM DURCHFÜHREN
DER ERFINDUNG
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird im Folgenden auf der Grundlage eines Beispieles
der Anwendung für
ein Hybrid-Fahrzeug beschrieben.
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(1) Aufbau der Vorrichtung
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1 ist
ein vereinfachtes Konfigurationsdiagramm des Hybrid-Fahrzeugs des
Beispiels 1. Die Energiequelle für das Hybrid-Fahrzeug dieses
Beispiels ist eine Brennkraftmaschine 10 und ein Motor 20.
Wie es in der Zeichnung gezeigt ist, weist das Energiesystem des
Hybrid-Fahrzeugs dieses Beispiels einen Aufbau auf, bei dem die
Brennkraftmaschine 10, eine Eingangskupplung 18,
ein Motor 20, ein Drehmomentwandler 30 und ein
Getriebe 100 in dieser Reihenfolge von dem stromaufwärtigen Ende ausgehend
verbunden sind. Das heißt,
die Kurbelwelle 12 der Brennkraftmaschine 10 ist
mit dem Motor 20 über
eine Eingangskupplung 18 gekoppelt. Die Übertragung
der Energie von der Brennkraftmaschine 10 kann durch einen
Ein-/Aus-Betrieb der Eingangskupplung 18 eingeschaltet
und ausgeschaltet werden. Eine Drehwelle 13 des Motors 20 ist
mit dem Drehmomentwandler 30 gekoppelt. Eine Ausgangswelle 14 des
Drehmomentwandlers 30 ist mit dem Getriebe 100 gekoppelt.
Die Ausgangswelle 15 des Getriebes 100 ist mit
einer Achse 17 über
ein Differenzialgetriebe 16 gekoppelt. Diese Elemente werden
in dieser Reihenfolge im Folgenden beschrieben.
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Die
Brennkraftmaschine 10 ist eine gewöhnliche Benzinbrennkraftmaschine.
Die Brennkraftmaschine 10 weist jedoch einen Mechanismus
auf, wodurch der Öffnungs-/Schließzeitpunkt
des Lufteinlassventils, der das Benzin/Luftgemisch in den Zylinder
einsaugt, und des Abgasventils, der verdichtetes Abgas von dem Zylinder
auslässt,
relativ zur Auf- und Ab-Bewegung des Kolbens (im Folgenden wird
dieser Mechanismus als VVT-Mechanismus bezeichnet) einstellbar ist.
VVT-Mechanismenanordnungen
sind bekannt und werden hier nicht im Detail beschrieben. Die Brennkraftmaschine 10 kann
durch Einstellen des Öffnungs-/Schließzeitpunktes
derart, dass das Schließen
eines jeweiligen Ventils relativ zu der Auf- und Ab-Bewegung des Kolbens
verzögert
wird, so genannte Pumpverluste verringern. Als Ergebnis kann, wenn
die Brennkraftmaschine 10 betrieben wird, das Drehmoment,
das vom Motor 20 ausgegeben werden muss, verringert werden.
Während
der Verbrennung des Benzins in Ausgangsenergie steuert der VVT-Mechanismus
das Öffnen/Schließen der Ventile
zu dem Zeitpunkt, zu dem die beste Verbrennungseffizienz für die Drehzahl
der Brennkraftmaschine 10 bereitgestellt wird.
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Der
Motor 20 ist ein Drei-Phasen-Synchronmotor, der einen Rotor 22 mit
mehreren Permanentmagneten auf seiner äußeren Umfangsoberfläche und
einen Stator 24 mit einer darauf gewickelten Drei-Phasen-Spule
zum Aufbauen eines Rotationsmagnetfeldes aufweist. Der Motor 20 wird
durch Interaktion mit Magnetfeldern, die durch die Permanentmagnete,
die in dem Rotor 22 bereitgestellt werden, und das Magnetfeld,
das durch die Drei-Phasen-Spule des Stators 24 erzeugt
wird, drehend angetrieben. Wenn sich der Motor 20 durch
eine externe Kraft dreht, erzeugt die Interaktion dieser Magnetfelder
eine elektromotorische Kraft an beiden Enden der Drei-Phasen-Spule.
Für den
Motor 20 kann ein Sinuswellenmagnetisierungsmotor, bei
dem die Magnetflussdichte zwischen dem Rotor 22 und dem
Stator 24 eine Sinuswellenverteilung in Umfangsrichtung aufweist,
verwendet werden, aber in diesem Beispiel wird ein Motor, der kein
Sinuswellenmagnetisierungsmotor ist, und in der Lage ist, ein hohes
Drehmoment auszugeben, verwendet.
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Eine
Batterie 50 und ein Brennstoffzellensystem 60 sind
als die Energiequelle für
den Motor 20 vorgesehen. Das Brennstoffzellensystem ist
jedoch die Hauptenergiequelle. Die Batterie 50 wird als
eine Energiequelle zum Zuführen
einer zusätzlichen
Energie zum Motor 20 für
den Fall, dass das Brennstoffzellensystem eine Fehlfunktion aufweisen
sollte, oder unter extremen Betriebsbedingungen, bei denen eine
angemessene Energie nicht ausgegeben werden kann, verwendet. Die
Energie von der Batterie 50 wird hauptsächlich der Steuereinheit 70,
die das Hybrid-Fahrzeug steuert, und elektrischen Einrichtungen
wie z. B. Beleuchtungsvorrichtungen etc zugeführt.
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Zwischen
dem Motor 20 und den Energiequellen ist ein Wechselschalter 84 zum
Wechseln des Verbindungszustands vorgesehen. Der Wechselschalter 84 kann
die Verbindungen unter beliebigen der drei Komponenten, d. h. der
Batterie 50, des Brennstoffzellensystems 60 und
des Motors 20 schalten. Der Stator 24 ist mit
der Batterie 50 über den
Wechselschalter 84 und einer Ansteuerschaltung 51 elektrisch
verbunden. Er ist mit dem Brennstoffzellensystem 60 über den
Wechselschalter 84 und einer Ansteuerschaltung 52 verbunden.
Die Ansteuerschaltungen 51, 52 sind jeweils als
Transistorinverter ausgelegt; für
jede der drei Phasen des Motors 20 sind mehrere Transistoren
in Sätzen
von jeweils zwei am Quellenende und am Senkenende vorgesehen. Diese
Ansteuerschaltungen 51, 52 sind mit der Steuereinheit 70 elektrisch
verbunden. Wenn die Steuereinheit 70 eine PWM-Steuerung
der EIN/AUS-Zeitpunkte der Transistoren der Ansteuerschaltungen 51, 52 durchführt, fließt ein Drei-Phasen-Pseudowechselstrom,
der die Batterie 50 und das Brennstoffzellensystem 60 als
die Energiequelle aufweist, durch die Drei-Phasen-Spule des Stators 24,
wodurch ein Rotationsmagnetfeld aufgebaut wird. Durch die Wirkung
des Rotationsmagnetfeldes dient der Motor 20 wie zuvor
beschrieben als ein Motor oder Generator. Das Brennstoffzellensystem 60, die
Batterie 50, die Ansteuerschaltungen 51, 52,
die Steuereinheit 70 und der Wechselschalter 84 dienen als
eine Energieversorgungsvorrichtung. Diese Komponenten dienen zusammen
mit dem Motor 20, der Brennkraftmaschine 10, etc.
als eine Antriebsenergieausgabevorrichtung.
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2 ist
ein beispielhaftes Diagramm, das eine vereinfachte Konfiguration
eines Brennstoffzellensystems zeigt. Das Brennstoffzellensystem 60 weist
als Hauptelement einen Methanoltank 61 zum Speichern von
Methanol, einen Wassertank 62 zum Speichern von Wasser,
einen Brenner 63 zum Erzeugen von Verbrennungsgas, einen Kompressor 64 zum
Komprimieren bzw. Verdichten von Luft, einen Verdampfer 65,
der zusammen mit dem Brenner 63 und dem Kompressor 64 vorgesehen
ist, einen Reformierer 66 zum Erzeugen von Verbrennungsgas durch
eine Reformierungsreaktion, einen CO-Verringerungsabschnitt zum
Verringern der Kohlenstoffmonoxid-Konzentration (CO) in dem Verbrennungsgas und
eine Brennstoffzelle 60A zum Erzeugen einer elektromotorischen
Kraft durch eine elektrochemische Reaktion auf. Der Betrieb dieser
Elemente wird durch die Steuereinheit 70 gesteuert.
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Die
Brennstoffzelle 60A ist eine Festpolymerelektrolytbrennstoffzelle,
die aus einem Stapel von Zellen besteht, die jeweils aus einer Elektrolytmembran,
einer Kathode, einer Anode und einem Trenner aufgebaut sind. Die
Elektrolytmembran besteht beispielsweise aus einer Protonen-leitenden
Ionenaustauschermembran, die aus einem Festpolymerelektrolytmaterial
wie z. B. Fluoroharz hergestellt ist. Die Anode und die Kathode
sind beide aus einem Kohlenstofftuch, das aus einer Kohlenstofffaser gewoben
wird, hergestellt. Der Trenner wird aus einem gasundurchlässigen leitenden
Material, wie z. B. einem dichten mit Kohlenstoff versetzten Gas,
das durch Verdichten des Kohlenstoffs undurchlässig ist, hergestellt. Kanäle für das Brenngas
und das Oxidationsgas sind zwischen der Anode und der Kathode ausgebildet.
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Die
Elemente des Brennstoffzellensystems 60 sind wie folgt
miteinander verbunden. Der Methanoltank 61 ist mit dem
Verdampfer 65 durch eine Leitung verbunden. Eine Pumpe
P2, die an der Leitung angeordnet ist, stellt die Fließrate ein,
während
sie Methanolbrennstoff dem Verdampfer 65 zuführt. Der Wassertank 62 ist
auf ähnliche
Weise mit dem Verdampfer 65 durch eine Leitung verbunden.
Eine Pumpe P3, die an der Leitung angeordnet ist, stellt die Fließrate ein,
während
sie Wasser dem Verdampfer 65 zuführt. Die Methanolleitung und
die Wasserleitung vermischen sich in eine einzige Leitung stromab
der Pumpen P2, P3 und verbinden sich mit dem Verdampfer 65.
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Der
Verdampfer 65 verdampft das zugeführte Methanol und Wasser. Der
Verdampfer 65 ist sowohl mit dem Verbrenner 63 als
auch mit dem Kompressor 64 vorgesehen. Der Verdampfer 65 kocht und
verdampft Methanol und Wasser mittels Verbrennungsgas, das von dem
Brenner 63 zugeführt
wird. Der Brennstoff für
den Brenner 63 ist Methanol. Der Methanoltank 61 ist
mittels einer Leitung mit dem Brenner 63 ebenso wie mit
dem Verdampfer 65 verbunden. Das Methanol wird dem Brenner 63 durch eine Pumpe
P1 zugeführt,
die an dieser Leitung angeordnet ist. Dem Brenner 63 wird
ebenfalls übriggelassenes
Brennstoffabfallgas zugeführt,
das bei der elektrochemischen Reaktion in der Brennstoffzelle 60A nicht
verbraucht wird. Von dem Methanol und dem Brennstoffabfallgas verbrennt
der Brenner hauptsächlich
letzteres. Die Verbrennungstemperatur des Brenners 63 wird
auf der Grundlage des Ausgangs eines Sensors T1 gesteuert und auf
etwa 800°C
bis 1000°C
aufrechterhalten. Wenn Verbrennungsgas vom Brenner 63 zum
Verdampfer 65 befördert
wird, dreht sich die Turbine, um den Kompressor 64 anzutreiben.
Der Kompressor 64 zieht Luft von außerhalb des Brennstoffzellensystems 60,
komprimiert diese und führt
die komprimierte Luft der Anodenseite der Brennstoffzelle 60A zu.
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Der
Verdampfer 65 und der Reformierer 66 sind durch
eine Leitung miteinander verbunden. Quellenbrennstoffgas von dem
Verdampfer 65, d. h. gemischtes Gas aus Methanol und Wasserdampf wird
zum Reformierer 66 transportiert. Der Reformierer 66 reformiert
das zugeführte
Quellenbrennstoffgas, das aus Methanol und Wasser besteht, um wasserstoffreiches
Brennstoffgas zu erzeugen. Auf der Transportleitung, die von dem
Verdampfer 65 zum Reformierer 66 führt, ist
ein Temperatursensor T2 vorgesehen, und die Menge Methanol, die
dem Brenner 66 zugeführt
wird, wird derart gesteuert, dass diese Temperatur auf einem konstanten
Pegel, typischerweise etwa 250°C
liegt. Sauerstoff ist bei der Reformierungsreaktion im Reformierer 66 involviert. Um
den Sauerstoff, der für
die Reformierungsreaktion benötigt
wird, bereitzustellen, ist der Reformierer 66 mit einem
Gebläse 68 zum
Zuführen
von Luft von außerhalb
versehen.
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Der
Reformierer 66 und der CO-Verringerungsabschnitt 67 sind
mittels einer Leitung verbunden. Wasserstoffreiches Kraftstoffgas
von dem Reformierer 55 wird dem CO-Verringerungsabschnitt 67 zugeführt. In
dem Reaktionsprozess im Reformierer 66 enthält das Verbrennungsgas
gewöhnlicherweise eine
gegebene Menge von Kohlenstoffmonoxid (CO). Der CO-Verringerungsabschnitt 67 verringert die
Kohlenstoffmonoxidkonzentration in dem Verbrennungsgas. In einer
Festpolymerelektrolytbrennstoffzelle kann das Kohlenstoffmonoxid,
das in dem Brennstoffgas enthalten ist, die Anodenreaktion behindern
und die Leistungsfähigkeit
der Brennstoffzelle verringern. Der CO-Verringerungsabschnitt 67 oxidiert
das Kohlenstoffmonoxid, das in dem Brenn stoffgas vorhanden ist,
zu Kohlenstoffdioxid, wodurch die Konzentration des Kohlenstoffmonoxids
verringert wird.
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Der
CO-Verringerungsabschnitt 67 und die Anode der Brennstoffzelle 60A sind
mittels einer Leitung miteinander verbunden. Brennstoffgas einer verringerten
Kohlenstoffmonoxidkonzentration wird der Zellenreaktion auf der
Seite der Kathode der Brennstoffzelle 60A zugeführt. Wie
es zuvor beschrieben wurde, ist eine Leitung zum Zuführen komprimierter
Luft mit der Kathodenseite der Brennstoffzelle 60A verbunden.
Diese Luft wird als Oxidationsgas der Zellenreaktion an der Anodenseite
der Brennstoffzelle 60A zugeführt.
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Das
Brennstoffzellensystem 60, das den obigen Aufbau aufweist,
kann Energie mittels einer chemischen Reaktion unter Verwendung
von Methanol und Wasser bereitstellen. In diesem Beispiel ist ein Brennstoffzellensystem 60 vorgesehen,
das Methanol und Wasser verwendet, aber das Brennstoffzellensystem 60 ist
nicht darauf begrenzt, sondern es ist möglich, stattdessen verschiedene
andere Aufbauten, wie z. B. diejenigen zu verwenden, die eine Reformierung
von Benzin/natürlichem
Gas, reines Wasserstoff etc. verwenden. In der folgenden Beschreibung
wird das Brennstoffzellensystem 60 insgesamt als Brennstoffzelle 60 bezeichnet.
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Der
Drehmomentwandler 30 (1) ist ein bekannter
Antriebsenergieübertragungsmechanismus
bzw. Antriebsleistungsübertragungsmechanismus,
der ein Fluid verwendet. Die Eingangswelle des Drehmomentwandlers 30,
d h. die Ausgangswelle 13 des Motors 20, und die
Ausgangswelle 14 des Drehmomentwandlers 30 sind
nicht mechanisch gekoppelt, sondern können stattdessen mit einem
relativen Schlupf zueinander rotieren. Der Drehmomentwandler 30 ist
mit einer Überbrückungskupplung
versehen, die die beiden unter vorbestimmten Bedingungen miteinander
verriegelt, um ein Schlüpfen
der beiden drehenden Wellen zu verhindern. Das Einschalten/Ausschalten
der Überbrückungskupplung
wird durch die Steuereinheit 70 gesteuert.
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Das
Getriebe 100 beinhaltet mehrere Zahnräder, eine Kupplung, eine Einwegekupplung,
eine Bremse, etc. und ist ein Mechanismus, der durch Schalten des
Ganges das Drehmoment und die Drehzahl der Ausgangswelle 14 des
Drehmomentwandlers 30 zur Ausgangswelle 15 überträgt. In diesem
Beispiel wird ein Getriebe verwendet, das in der Lage ist, fünf Vorwärtsgänge und
einen Rückwärtsgang
zu verwirklichen. Der Gang des Getriebes 100 wird durch
die Steuereinheit 70 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit
etc. eingestellt. Alternativ kann der Fahrer manuell einen Ganghebel
betätigen,
der innerhalb des Fahrzeugs vorgesehen ist, um den Gang auszuwählen, um
einen Gangwechsel über
einen breiten Bereich zu ermöglichen.
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In
dem Hybrid-Fahrzeug dieses Beispiels wird der Betrieb der Brennkraftmaschine 10,
des Motors 20, des Drehmomentwandlers 30, des
Getriebes 100, des Hilfsantriebsmotors 80, etc.
durch die Steuereinheit 70 (siehe 1) gesteuert.
Die Steuereinheit 70 ist ein Ein-Chip-Mikrocomputer, der
eine CPU, einen RAM, einen ROM, etc. beinhaltet, wobei die CPU verschiedene
Steuerprozesse, die später
beschrieben werden, entsprechend einem Programm, das in dem ROM
gespeichert ist, ausführt.
Verschiedene Eingangs-/Ausgangssignale sind mit der Steuereinheit 70 verbunden,
um eine zu verwirklichende Steuerung zu ermöglichen. 3 ist
ein beispielhaftes Diagramm, das Eingangs-/Ausgangssignalverbindungen
mit der Steuereinheit 70 zeigt. Signale, die in die Steuereinheit 70 eingegeben
werden, sind auf der linken Seite der Zeichnung gezeigt, und Signale, die
von der Steuereinheit ausgegeben werden, sind auf der rechten Seite
gezeigt.
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Signale,
die in die Steuereinheit 70 eingegeben werden, sind Signale
von verschiedenen Schaltern und Sensoren. Diese Signale beinhalten
bzw. betreffen beispielsweise die Brennstoffzellentemperatur, die
Restbrennstoffmenge der Brennstoffzelle, die Restladung SOC der
Batterie, die Batterietemperatur, die Wassertemperatur der Brennkraftmaschine 10,
den Zündschalter,
die Drehzahl der Brennkraftmaschine 10, den ABS-Computer,
einen Entnebler bzw. Entfeuchter, das EIN/AUS der Klimaanlage, die Fahrzeuggeschwindigkeit,
die Öltemperatur
des Drehmomentwandlers 30, die Gangposition, das EIN/AUS
der Seitenbremse, die Fußbremsenbetätigung,
die Temperatur des Katalysators, der das Abgas der Brennkraftmaschine 10 reinigt,
den Grad der Beschleunigung, der mit der Betätigung des Gaspedals 55 verbunden
ist, den Nockenwinkelsensor, den Antriebsenergiequellenbremsenergieschalter
und ein Funktionsgebersignal. Die Steuereinheit 70 nimmt
eine große
Anzahl zusätzlicher
Signale auf, aber diese sind in der Zeichnung weggelassen.
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Die
Signale, die von der Steuereinheit 70 ausgegeben werden,
sind Signale zum Steuern der Brennkraftmaschine 10, des
Motors 20, des Drehmomentwandlers 30, des Getriebes 100 etc.
Diese Signale beinhalten beispielsweise ein Signal zum Steuern einer
elektronischen Drosselklappe, ein Zündsignal zum Steuern der Zündperiode
der Brennkraftmaschine 10, ein Kraftstoffeinspritzsignal
zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung, ein Motorsteuersignal zum Steuern
des Betriebs des Motors 20, ein Untersetzungsgetriebesteuersignal,
ein ABS-Aktorsteuersignal, ein Steuersignal für den Energiequellenwechselschalter 84 des
Motors 20, ein Steuersignal der Batterie 50, ein
Steuersignal des Brennstoffzellensystems 60 etc. Die Steuereinheit 70 gibt
eine große
Anzahl zusätzlicher
Signale aus, aber diese sind in der Zeichnung weggelassen.
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(2) Typischer Betrieb
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Es
folgt eine Beschreibung des typischen Betriebs des Hybrid-Fahrzeugs
dieses Beispiels. Das Hybrid-Fahrzeug dieses Beispiels weist die
Brennkraftmaschine 10 und den Motor 20 als seine
Antriebsenergiequelle auf. Die Steuereinheit 70 steuert
das Fahrzeug unter Verwendung dieser beiden wahlweise mit Bezug
auf Ansteuerbedingungen, d. h. der Fahrzeuggeschwindigkeit und des
Drehmoments, an. Die wahlweise Verwendung dieser beiden ist als eine
Karte bzw. Funktion oder Tabelle, die im ROM in der Steuereinheit 70 gespeichert
ist, im Voraus eingestellt.
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4 ist
ein beispielhaftes Diagramm, das Beziehungen zwischen den Fahrzeugantriebsbedingungen
und der Antriebsenergiequelle zeigt. Die Zone MG in dem Diagramm
ist die Zone des Antriebs unter Verwendung des Motors 20 als
die Antriebsenergiequelle. Die Zone außerhalb der Zone MG ist die Zone
des Antriebs unter Verwendung der Brennkraftmaschine 10 als
die Antriebsenergiequelle (Zone EG). Im Folgenden wird erstere als
EV-Antrieb bezeichnet, und letztere wird als Brennkraftmaschinenantrieb
bezeichnet. Mit dem in 1 gezeigten Aufbau ist es möglich, unter
Verwendung sowohl der Brennkraftmaschine 10 als auch des
Motors 20 als Antriebsenergiequellen zu fahren, aber diese
Antriebszone ist in dem vorliegenden Beispiel nicht vorgesehen.
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Wie
es in der Zeichnung gezeigt ist, beschleunigt das Hybrid-Fahrzeug
dieses Beispiels, wenn es beim Einschalten des Zündschalters 88 zu fahren
beginnt, anfänglich mit
dem EV-Antrieb. In dieser Zone ist die Eingangskupplung 18 während des Antriebs
ausgeschaltet. Zum Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug, das durch den
EV-Antrieb beschleunigt, eine Antriebsbedingung nahe bei der Grenze
zwischen der Zone MG und der Zone EG in der Karte der 4 erreicht,
schaltet die Steuereinheit 70 die Eingangskupplung 18 ein,
woraufhin die Brennkraftmaschine 10 von dem Motor 20 übernommen
wird. Die Steuerung 70 spritzt Kraftstoff zu dem Zeitpunkt,
zu dem sich die Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 erhöht, bis
sie einen vorbestimmten Wert erreicht, ein und zündet dieses. Nach dem Start
der Brennkraftmaschine 10 auf diese Weise verwendet der
Antrieb in der Zone EG nur die Brennkraftmaschine 10 als
die Antriebsenergiequelle. Wenn der Antrieb in dieser Zone beginnt,
schließt
bzw. schaltet die Steuereinheit 70 sämtliche Transistoren der Ansteuerschaltung 51, 52 aus.
Als Ergebnis läuft
der Motor 20 einfach im Leerlauf.
-
Die
Steuereinheit 70 führt
auf diese Weise eine Steuerung zum Schalten der Antriebsenergiequelle
mit Bezug auf Fahrzeugantriebsbedingungen durch, ebenso wie sie
einen Prozess des Schaltens von Gängen in dem Getriebe 100 durchführt. Wie beim
Wechsel der Antriebsenergiequelle erfolgt der Gangwechsel auf der
Grundlage einer im Voraus eingerichteten Karte oder Funktion bzw.
Tabelle für Fahrzeugantriebsbedingungen.
Die Karte unterscheidet sich in Abhängigkeit von der Gangposition. In 5 ist
eine Karte entsprechend der D-Position, 4-Position und 3-Position
gezeigt. Wie es in dieser Karte gezeigt ist, führt die Steuereinheit 70 ein
Schalten der Gänge
derart durch, dass das Übersetzungsverhältnis kleiner
wird, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht.
-
(3) Antriebsenergieausgabeprozess
-
Der
Antriebsenergieausgabeprozess in der Zone MG wird im Folgenden beschrieben. 5 ist ein
Flussdiagramm einer Energieausgabeprozessroutine in der Zone MG
des Beispiels 1. Der Prozess wird ausgeführt, wenn sich das Fahrzeug
im Betriebszustand befindet, mit anderen Worten wenn der Zündschalter 88 eingeschaltet
ist. Wenn der Zündschalter 88 ausgeschaltet
wird, wird der Betrieb des gesamten Fahrzeugs angehalten, so dass
dieser Prozess nicht ausgeführt
wird. Wenn dieser Prozess gestartet wird, nimmt die CPU verschiedene
Sensor- und Schaltsignale auf (Schritt S100). An schließend bestimmt
die CPU, ob sich die Brennstoffzelle (FC: Brennstoffzelle) 60 in
einem Energieerzeugungsbefähigungszustand
befindet (Schritt S110).
-
Durch
Bestimmen aus der Brennstoffzellentemperatur, der Restbrennstoffmenge
der Brennstoffzelle etc., die in die Steuereinheit 70 eingegeben
werden, ob sich die Brennstoffzelle 60 in einem Energieerzeugungsbefähigungszustand
befindet, wird ein Einstellprozess eines Soll-Ausgangswertes für den Ausgang
der Brennstoffzelle 60 durchgeführt (Schritt S120). In diesem
Prozess werden von den Signalen, die im Schritt S100 eingegeben
werden, die Restladung SOC der Batterie 50 und der Grad
der Beschleunigung verwendet. Danach wird mit Bezug auf eine Tabelle,
die im ROM gespeichert ist und die später beschrieben wird, ein Soll-Ausgangswert
für die Brennstoffzelle 60 mit
Bezug darauf eingestellt. Hier ist der Grad der Beschleunigung ein
Parameter, der den Energiebedarf bzw. -anforderung für die Energieversorgungsvorrichtung,
die die Brennstoffzelle 60 und die Batterie 50 enthält, betrifft
und wird durch die Stärke
des Niederdrückens
des Gaspedals 55 bestimmt.
-
6 ist
ein beispielhaftes Diagramm, das Beziehungen zwischen der Restladung
SOC der Batterie 50, des Grads der Beschleunigung und des Soll-Ausgangswertes
der Brennstoffzelle 60 des Beispiels 1 zeigt. Die Energie-
bzw. Leistungslaststelle für
die Energieversorgungsvorrichtung, die mit dem Grad der Beschleunigung
verbunden ist, ist durch die dünne
Linie L angegeben. In diesem Beispiel wird der Soll-Ausgangswert
der Brennstoffzelle 60 mit Bezug auf die Restladung SOC
der Batterie 50 und den Grad der Beschleunigung bestimmt.
Die Linie L1, die durch die durchgezogene Linie gezeigt ist, die
Linie L2, die durch die gestrichelte Linie gezeigt ist, und die Linie
L3, die durch die Punkt-Strich-Linie gezeigt ist, entsprechen unterschiedlichen
Pegeln der Restladung SOC der Batterie 50, die in dieser
Reihenfolge niedriger wird. Diese Beziehungen sind als eine Tabelle
in dem ROM der Steuereinheit 70 gespeichert. In diesem
Beispiel wird der Soll-Ausgangswert der Brennstoffzelle 60 in
Bezug auf die Restladung SOC der Batterie 50 und dem Grad
der Beschleunigung auf drei Pegel eingestellt, kann aber auch auf
mehr Pegel eingestellt werden oder sich kontinuierlich ändern.
-
In
diesem Beispiel wird, wie es in 6 gezeigt
ist, die Steigung der Größe der Änderung
des Soll-Ausgangswertes in Bezug auf die Größe der Änderung des Grades der Beschleunigung
derart eingestellt, dass sie eine vorbestimmte maximale Steigung nicht überschreitet.
Dieser maximale Wert ist ein Wert, der es dem Ausgang der Brennstoffzelle 60 ermöglicht,
dem Soll-Ausgangswert sogar dann zu folgen, wenn sich der Grad der
Beschleunigung plötzlich ändert.
-
In
der Zone mit einem relativ niedrigen Grad an Beschleunigung (Zone
X in der Zeichnung), wird der Soll-Ausgangswert auf höher als
der Energiebedarf eingestellt, und in der Zone mit einem relativ
hohen Grad an Beschleunigung (Zone Y in der Zeichnung) wird der
Soll-Ausgangswert auf niedriger als der Energiebedarf eingestellt.
Das heißt,
dass der Ausgang der Brennstoffzelle 60 auf innerhalb der Zone
A, die in der Zeichnung gezeigt ist, begrenzt ist. Die Brennstoffzelle 60 dieses
Beispiels weist eine hohe Erzeugungseffizienz in der in der Zeichnung
gezeigten Zone A auf. Daher kann durch Einstellen des Soll-Ausgangswertes
auf diese Weise die Brennstoffzelle 60 effizient verwendet
werden.
-
Wenn
beispielsweise die Restladung SOC der Batterie 50 normal
ist (Linie L1), wird die Eingabe eines relativ kleinen Wertes P
für den
Grad der Beschleunigung zur Einstellung eines Sollwertes Dp1 führen, der
größer als
der Energiebedarf Di ist. Dadurch wird Energie, die den Energiebedarf überschreitet,
von der Brennstoffzelle 60 ausgegeben. Die überschüssige Energie,
die von der Brennstoffzelle 60 ausgegeben wird, lädt die Batterie 50 auf.
-
Wenn
andererseits die Restladung SOC der Batterie 50 niedrig
ist (Linie L2), wird die Eingabe eines Wertes P für den Grad
der Beschleunigung zu einer Einstellung eines Soll-Wertes Dp2 führen, der größer als
der Sollwert Dp1 ist, wenn die Restladung SOC der Batterie 50 normal
ist. Dadurch wird mehr Energie als normal von der Brennstoffzelle 60 ausgegeben.
Die überschüssige Energie,
die von der Brennstoffzelle 60 ausgegeben wird, lädt die Batterie 50,
deren Restladung SOC niedrig ist, auf.
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In
diesem Beispiel wird der Soll-Ausgangswert für die Brennstoffzelle 60 auf
einen umso höheren
Wert eingestellt, je niedriger die Restladung SOC der Batterie 50 ist.
Dadurch kann, wenn die Restladung SOC der Batterie 50 niedrig
ist, diese noch schneller aufgeladen werden, so dass die Restladung
SOC der Batterie 50 schnell wiederhergestellt werden kann.
-
Wenn
ein Soll-Ausgangswert für
die Brennstoffzelle 60 eingestellt ist, gibt die Brennstoffzelle 60 Energie
als Reaktion darauf aus (Schritt S130 in 5). Die
Batterie 50 lädt/entlädt sich
dann, um die Differenz zwischen dem Ausgang der Brennstoffzelle 60 und
dem Energiebedarf, der dem Grad der Beschleunigung entspricht, zu
kompensieren (Schritt S140). Diese Steuerungen werden entsprechend
einem Steuersignal für
den Energieversorgungswechselschalter 84, das von der Steuereinheit 70 ausgegeben
wird, durchgeführt.
Das heißt,
wenn ein Laden/Entladen der Batterie notwendig ist, werden die Verbindungen
unter der Batterie 50, dem Motor 20 und der Brennstoffzelle 60 durch
den Wechselschalter 84 gewechselt, und das Laden/Entladen
wird auf die Spannungsdifferenz hin durchgeführt.
-
Die
Ausgabe der Energie mit der Brennstoffzelle 60 in einem
Energieerzeugungsbefähigungszustand
wurde oben beschrieben. Im Schritt S110 der 5 wird,
wenn sich die Brennstoffzelle 60 nicht in einem Energieerzeugungsbefähigungszustand
befindet, bestimmt, ob die Restladung SOC der Batterie 50 auf
oder oberhalb einer Steueruntergrenze LoS% befindet (Schritt S150).
Wenn die Restladung SOC der Batterie 50 unterhalb der Steueruntergrenze LoS%
liegt, wird die Brennkraftmaschine 10 gestartet und Antriebsenergie
ausgegeben (Schritt S160). Wenn die Restladung SOC der Batterie 50 auf
oder oberhalb der Steueruntergrenze LoS% liegt, erfolgt die Ausgabe
mit der Batterie 50 als die Hauptenergiequelle (Schritt
S170).
-
Diese
Prozesse werden durchgeführt,
während
progressiv der Grad der Beschleunigung und die Restladung SOC der
Batterie 50 in festen Intervallen abgetastet werden.
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Im
Folgenden wird ein spezielles Beispiel der Steuerung gemäß dem Beispiel
1 erläutert. 7 ist ein
Zeitdiagramm, das ein Beispiel der Änderung des Soll-Ausgangswertes der
Brennstoffzelle 60 in Bezug auf den Grad der Beschleunigung,
den tatsächlichen Ausgang
der Brennstoffzelle 60 und den Ausgang der Batterie 50 gemäß Beispiel
1 zeigt.
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Während der
Zeit 0-t2 ist der Grad der Beschleunigung 0. Während dieser
Periode sind der Soll-Ausgangswert für die Brennstoffzelle 60,
der Ausgang der Brennstoffzelle 60 und der Ausgang der Batterie
ebenfalls 0. Wenn der Zündschalter 88 zum Zeitpunkt t1
eingeschaltet wird, wobei in der tatsächlichen Praxis ein Aufwärmen der
Brennstoffzelle 60 notwendig ist, nehmen die Brennstoffzelle 60 und
die Batterie 50 einen Ausgabebefähigungszustand an.
-
Zum
Zeitpunkt t2 erhöht
sich der Grad der Beschleunigung stark. Daraufhin erhöht sich
der Soll-Ausgangswert für
die Brennstoffzelle 60 ebenfalls entsprechend der Tabelle
(siehe 6) scharf. Wie es aus der 6 ersichtlich
ist, müssen
der Soll-Ausgangswert
und der Energiebedarf nicht notwendigerweise übereinstimmen. Der Soll-Ausgangswert
zum Zeitpunkt t2 wird auf einen größeren Wert als der Energiebedarf,
der für
den Antrieb benötigt wird,
eingestellt. Der Ausgang der Brennstoffzelle 60 kann aufgrund
der niedrigen Reaktionsfähigkeit
der plötzlichen
Erhöhung
des Soll-Ausgangswertes
nicht folgen und erhöht
sich mit einer maximalen Steigung. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt die
Ausgabe mit der Batterie 50, um das Defizit hinsichtlich
der Ausgabe der Brennstoffzelle 60 zu kompensieren. Dadurch
fällt die Restladung
SOC der Batterie 50 ab.
-
Während der
Zeit t2–t4
erhöht
sich der Grad der Beschleunigung langsam. Daraufhin erhöht sich der
Soll-Ausgangswert für
die Brennstoffzelle 60 ebenfalls langsam entsprechend der
Tabelle. Wie es aus der 6 ersichtlich ist, ist die Änderungsrate des
Soll-Ausgangswertes der Brennstoffzelle 60 niedriger als
die Änderungsrate
des Energiebedarfs, der dem Grad der Beschleunigung zugeordnet ist. Die
Steuereinheit 70 erfasst zum Zeitpunkt t3, dass die Restladung
SOC der Batterie 50 abgefallen ist. Daraufhin wird als
Antwort auf diesen Abfall der Soll-Ausgangswert auf einen Pegel
oberhalb des normalen Soll-Ausgangswertes erhöht. Der Ausgang der Brennstoffzelle 60 erhöht sich
mit maximaler Steigung bis der Soll-Ausgangswert der Brennstoffzelle 60 zum
Zeitpunkt t3' erreicht
ist. Während
der Zeit t3'–t4' ist die Änderungsrate
des Soll-Ausgangswertes kleiner als die Ausgangsreaktionsfähigkeit
der Brennstoffzelle 60 und kann dadurch erfüllt werden, so
dass sich der Ausgang der Brennstoffzelle 60 in Zusammenhang
mit dem Soll-Ausgangswert erhöht. Die
Ausgabe erfolgt über
die Batterie 50, um das Defizit der Ausgabe der Brennstoffzelle 60 zu
kompensieren, bis der Ausgang der Brennstoffzelle 60 den Soll-Ausgangswert
zum Zeitpunkt t3' erreicht.
Anschließend überschreitet
zum Zeitpunkt t3' der
Ausgang der Brennstoffzelle 60 den Energiebedarf, so dass
die überschüssige Energie
verwendet wird, um die Batterie 50 zu laden. Die Ausgabe
während
der Zeit t3'–t4' erfolgt nicht durch
die Batterie 50, da der Energiebedarf durch die Ausgabe
der Brennstoffzelle 60 alleine gedeckt werden kann.
-
Zum
Zeitpunkt t4 verringert sich der Grad der Beschleunigung stark.
Daraufhin verringert sich der Soll-Ausgangswert für die Brennstoffzelle 60 ebenfalls
scharf entsprechend der Tabelle. Zum Zeitpunkt t4 erfasst die Steuereinheit 70,
dass die Restladung SOC der Batterie 50 ausreichend geladen
ist und kehrt zum normalen Soll-Ausgangswert
zurück.
Die Ausgabe der Brennstoffzelle 60, die Änderungsrate des
Soll-Ausgangswertes, die kleiner als die Ausgangsreaktionsfähigkeit
der Brennstoffzelle ist, so dass dieser erfüllt werden kann, fällt in Zusammenhang
mit dem Soll-Ausgangswert ab. Die Batterie 50 führt keine
Ausgabe durch, da der Energiebedarf, der dem Grad der Beschleunigung
zugeordnet ist, durch die Ausgabe der Brennstoffzelle 60 alleine
erfüllt
werden kann.
-
Es
wird angenommen, dass sich anschließend an den Zeitpunkt t4 der
Grad der Beschleunigung während
der Zeit t4–t5
erhöht,
während
der Zeit t5–t6
verringert und anschließend
zum Zeitpunkt t6 erhöht.
Während
dieser Periode erhöht/verringert sich
der Soll-Ausgangswert für
die Brennstoffzelle 60 mit einer Änderungsrate, die kleiner als
die Änderungsrate
der Beschleunigung ist, und der Ausgang der Brennstoffzelle 60 erhöht/verringert
sich, um dem Soll-Ausgangswert zu folgen. Die Ausgabe erfolgt nicht über die
Batterie 50, da der Energiebedarf, der dem Grad der Beschleunigung
zugeordnet ist, durch den Ausgang der Brennstoffzelle 60 alleine
gedeckt werden kann.
-
Um
weitere Vorteile der Steuerung des Beispiels 1, das oben beschrieben
wurde, zu verdeutlichen, wird die herkömmliche Steuerung der Brennstoffzelle 60 und
der Batterie 50 mittels eines Vergleichsbeispiels beschrieben. 8 ist
ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel der Änderung des Soll-Ausgangswertes
der Brennstoffzelle 60 in Bezug auf den Grad der Beschleunigung,
den tatsächlichen
Ausgang der Brennstoffzelle 60 und den Ausgang der Batterie 50 in
einem Vergleichsbeispiel zeigt. Der Soll-Ausgangswert der Brennstoffzelle 60 des
Vergleichsbeispiels wird gleich dem Energiebedarf, der dem Grad
der Beschleunigung zugeordnet ist, eingestellt.
-
Während der
Zeit 0-t2 ist der Grad der Beschleunigung 0. Während dieser
Periode sind der Soll-Ausgangswert für die Brennstoffzelle 60,
der Ausgang der Brennstoffzelle 60 und der Ausgang der Batterie 50 ebenfalls
0.
-
Zum
Zeitpunkt t2 erhöht
sich die Beschleunigung stark. Daraufhin erhöht sich ebenfalls der Soll-Ausgangswert
für die
Brennstoffzelle 60 stark in Zuordnung zum Grad der Beschleunigung.
Der Ausgang der Brennstoffzelle 60 kann aufgrund der geringen
Reaktionsfähigkeit
der plötzlichen
Erhöhung
des Soll-Ausgangswertes nicht folgen und erhöht sich mit maximaler Steigung.
Zu diesem Zeitpunkt führt
die Batterie 50 die Ausgabe durch, um das Defizit der Ausgabe
der Brennstoffzelle 60 zu kompensieren. Dadurch fällt die
Restladung SOC der Batterie 50 ab.
-
Während der
Zeit t2–t4
erhöht
sich der Grad der Beschleunigung gering. Daraufhin erhöht sich ebenfalls
der Soll-Ausgangswert für
die Brennstoffzelle 60 langsam in Zuordnung zum Grad der
Beschleunigung. Der Ausgang der Brennstoffzelle 60 erhöht sich
mit maximaler Steigung, bis er den Soll-Ausgangswert der Brennstoffzelle 60 zum
Zeitpunkt t3 erreicht. Die Batterie 50 führt eine
Ausgabe durch, um das Defizit der Ausgabe der Brennstoffzelle 60 zu
kompensieren, bis die Ausgabe der Brennstoffzelle 60 den
Soll-Ausgangswert zum Zeitpunkt t3 erreicht: Während der Zeit t3–t4 ist
die Änderungsrate
des Soll-Ausgangswertes kleiner als die Ausgangsreaktionsfähigkeit
der Brennstoffzelle 60 und kann dadurch erfüllt werden,
so dass sich der Ausgang der Brennstoffzelle 60 in Zusammenhang
mit dem Soll-Ausgangswert erhöht.
Während
der Zeit t3–t4
führt die
Batterie 50 keine Ausgabe durch, da der Energiebedarf,
der dem Grad der Beschleunigung zugeordnet ist, durch die Ausgabe
der Brennstoffzelle 60 alleine gedeckt werden kann.
-
Zum
Zeitpunkt t4 verringert sich der Grad der Beschleunigung stark.
Daraufhin verringert sich ebenfalls der Soll-Ausgangswert für die Brennstoffzelle 60 stark
in Zuordnung zu einem Abfall des Grades der Beschleunigung. Zu diesem
Zeitpunkt kann der Ausgang der Brennstoffzelle 60 den Soll-Ausgangswert
erfüllen
und verringert sich in Zuordnung zu dem Soll-Ausgangswert. Die Batterie 50 führt keine
Ausgabe durch, da der Energiebedarf, der dem Grad der Beschleunigung
zugeordnet ist, durch Ausgabe der Brennstoffzelle 60 alleine
gedeckt werden kann.
-
Während der
Zeit t4–t5
erhöht
sich der Grad der Beschleunigung. Während dieser Periode erhöht sich
der Soll-Ausgangswert für
die Brennstoffzelle 60 in Zuordnung zum Grad der Beschleunigung.
Der Ausgang der Brennstoffzelle 60 kann dem Soll-Ausgangswert nicht
folgen, da die Änderungsrate
des Soll-Ausgangswertes für
die Brennstoffzelle 60 größer als im Beispiel 1 ist,
und erhöht
sich entlang der maximalen Steigung. Die Batterie 50 führt eine
Ausgabe durch, um das Defizit der Ausgabe der Brennstoffzelle 60 zu
kompensieren. Dadurch fällt
die Restladung SOC der Batterie 50 ab.
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Während der
Zeit t5–t6
verringert sich der Grad der Beschleunigung. Während dieser Periode erhöht sich
der Soll-Ausgangswert der Brennstoffzelle 60 in Zuordnung
zum Grad der Beschleunigung. Die Ausgabe der Brennstoffzelle 60 erhöht sich
mit maximaler Steigung, bis sie den Soll-Ausgangswert zum Zeitpunkt
t5' erreicht, und
nach Erreichen fällt
sie in Zuordnung zum Soll-Ausgangswert ab. Die Batterie 50 führt eine
Ausgabe durch, um das Defizit der Ausgabe der Brennstoffzelle 60 zu
kompensieren, bis der Ausgang der Brennstoffzelle 60 den
Soll-Ausgangswert zum Zeitpunkt t5' erreicht, und nach dem Erreichen führt sie
keine Ausgabe durch, da der Energiebedarf, der dem Grad der Beschleunigung
zugeordnet ist, durch die Ausgabe der Brennstoffzelle 60 alleine
gedeckt werden kann.
-
Anschließend an
den Zeitpunkt t6 erhöht
sich der Grad der Beschleunigung. Während dieser Periode erhöht sich
der Soll-Ausgangswert für
die Brennstoffzelle 60 in Zuordnung zum Grad der Beschleunigung.
Da die Änderungsrate
des Soll-Ausgangswertes kleiner als die Ausgangsreaktionsfähigkeit
der Brennstoffzelle ist, erhöht/verringert
sich der Ausgang der Brennstoffzelle 60, um dem Soll-Ausgangswert
zu folgen. Die Batterie 50 führt keine Ausgabe durch, da
der Energiebedarf, der dem Grad der Beschleunigung zugeordnet ist,
durch die Ausgabe der Brennstoffzelle 60 alleine gedeckt
werden kann.
-
Auf
diese Weise führt
in dem Vergleichsbeispiel wie im Beispiel 1 die Batterie 50 eine
Ausgabe durch, um das Defizit der Ausgabe der Brennstoffzelle 60 zu
kompensieren, so dass die Reaktionsfähigkeit gewährleistet ist. Da jedoch der
Soll-Ausgangswert für
die Brennstoffzelle 60 gleich dem Energiebedarf eingestellt
wird, wird in dem Fall einer großen Schwankung des Grades der
Beschleunigung der Ausgang der Brennstoffzelle 60 nicht
in der Lage sein, dem Soll-Ausgangswert zu folgen, was zu Fällen führt, bei
denen eine stabile Steuerung mit Bezug auf den Soll-Ausgangswert
nicht möglich
ist. Außerdem
kann die Restladung SOC nicht gewährleistet werden, und in dem
Fall, in dem die Restladung SOC auf unterhalb eines vorbestimmten
Wertes fällt,
kann es in einigen Fällen
notwendig sein, die Brennkraftmaschine 10 laufen zu lassen,
um ein Laden durchzuführen.
-
Gemäß dem Beispiel
1 ist andererseits sogar dann, wenn große Schwankungen in dem Grad
der Beschleunigung vorhanden sind, die Schwankung des Soll-Ausgangswertes
für die
Brennstoffzelle 60 kleiner als die Ausgangsreaktionsfähigkeit,
was es möglich
macht, den Ausgang der Brennstoffzelle 60 auf stabile Weise
zu steuern. Als Ergebnis kann die Ausgangsreaktionsfähigkeit
auf den Grad der Beschleunigung gewährleistet werden, während auf
effektive Weise die Brennstoffzelle 60 als die Energieversorgungsquelle
verwendet wird. Außerdem
kann, da der Soll-Ausgangswert mit Bezug auf die Restladung SOC
der Batterie 50 eingestellt wird, die Batterie 50 schnell
und effektiv geladen werden. Als Ergebnis kann die Kapazität der Batterie 50 verringert werden
und die Energieversorgungsvorrichtung kann kleiner und leichter
sein.
-
(4) Beispiel 2
-
Im
Beispiel 1 werden der Grad der Beschleunigung und die Restladung
SOC der Batterie 50 in festen Intervallen abgetastet, und
der Soll-Ausgangswert für
die Brennstoffzelle 60 wird progressiv mit Bezug auf diese
eingestellt. Im Beispiel 2 wird die Änderungsrate des Grads der
Beschleunigung aus dem Grad der Beschleunigung, der in festen Intervallen abgetastet
wird, berechnet, und der Einstellprozess des Soll-Ausgangswertes für die Brennstoffzelle 60 wird
mit Bezug darauf modifiziert. Der Fluss der anderen Antriebsenergieprozessroutinen
als der Einstellprozess des Soll-Ausgangswertes
für die
Brennstoffzelle 60 sind ähnlich.
-
9 ist
ein Flussdiagramm eines Einstellprozesses des Soll-Ausgangswertes
für die
Brennstoffzelle 60 gemäß Beispiel
2. Wenn dieser Prozess startet, liest die CPU zunächst den
Grad der Beschleunigung aus (Schritt S200). Eine Änderungsrate r
des Grades der Beschleunigung wird dann aus dem zuvor gelesenen
Grad der Beschleu nigung, dem derzeitig gelesenen Grad der Beschleunigung
und der Abtastzeit berechnet (Schritt S210), und der Absolutwert
der Änderungsrate
|r| wird mit einer Änderungsrate
des Schwellenwertes Rth, der im ROM im Voraus gespeichert wird,
verglichen (Schritt S220). Wenn der Absolutwert der Änderungsrate
|r| den Schwellenwert Rth überschreitet,
wird die Einstellung eines neuen Soll-Ausgangswertes mit Bezug auf
den Grad der Beschleunigung durchgeführt (Schritt S230). Der Soll-Ausgangswert,
der hier eingestellt wird, ist der Soll-Ausgangswert in dem Fall,
in dem sich die Restladung SOC der Batterie 50 gemäß Beispiel
1, das in 6 gezeigt ist, im normalen Zustand befindet.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Tabelle, in der Beziehungen
zwischen dem Grad der Beschleunigung und dem Soll-Ausgangswert für die Brennstoffzelle 60 (siehe 6)
gespeichert sind, beliebig eingestellt werden kann. Wenn der Absolutwert
der Änderungsrate
|r| gleich oder kleiner als der Schwellenwert Rth ist, wird die
Einstellung eines neuen Soll-Ausgangswertes nicht durchgeführt, und
der vorherige Soll-Ausgangswert
wird gehalten wie er ist. Das heißt, dass die Steuerung derart
durchgeführt wird,
dass ein neuer Soll-Ausgangswert modifiziert wird, wenn die Änderungsrate
des Grades der Beschleunigung groß ist, und dass der Soll-Ausgangswert
nicht progressiv modifiziert wird, wenn die Änderungsrate klein ist.
-
Der
Schwellenwert Rth kann beliebig eingestellt werden. Beispielsweise
kann der Schwellenwert Rth festgelegt sein. Alternativ kann er progressiv durch
Entscheidungen modifiziert werden, die auf der Grundlage des Trends
der Betätigung
des Gaspedals 55 durch den Fahrer oder auf der Grundlage
vergangener Bedingungen der Brennstoffzelle 60 und der Batterie
getroffen werden. Der Schwellenwert Rth kann unterschiedliche Werte
annehmen, wenn die Änderungsrate
des Grades der Beschleunigung positiv oder negativ ist.
-
Anschließend wird
die Restladung SOC der Batterie 50 gelesen (Schritt S240),
und es wird bestimmt, ob die Restladung SOC der Batterie 50 auf oder
oberhalb eines vorbestimmten Wertes LO% liegt (Schritt S250). Wenn
die Restladung SOC der Batterie 50 auf oder oberhalb des
vorbestimmten Wertes LO% liegt, wird bestimmt, dass die Restladung
SOC der Batterie angemessen ist, und dieser Prozess wird beendet.
Wenn die Restladung SOC der Batterie 50 unterhalb des vorbestimmten
Wertes LO% liegt, wird ein Korrekturwert zum Erhöhen des Soll-Ausgangswertes
eingestellt; so dass die Batterie 50 mit der Ausgabe von
der Brennstoffzelle 60 geladen werden kann (Schritt S260).
Dieser wird hinzuaddiert, um zu einem Soll-Ausgangswert zu kommen (Schritt
S270).
-
Der
vorbestimmte Wert LO kann beliebig eingestellt werden. Wenn jedoch
LO auf zu hoch eingestellt wird, wird die Korrektur des Soll-Ausgangswertes
in den Schritten S260, S270 häufig
durchgeführt, was
in einigen Fällen
einen stabilen Betrieb der Brennstoffzelle 60 unmöglich macht.
Wenn andererseits LO zu niedrig eingestellt wird, wird die Batterie 50 häufig verwendet,
und in einigen Fällen
kann die Brennstoffzelle 60 nicht effizient verwendet werden.
-
Im
Folgenden wird ein spezielles Beispiel der Steuerung gemäß dem Beispiel
2 beschrieben. 10 ist ein Zeitdiagramm, das
ein Beispiel der Änderung
des Soll-Ausgangswertes
der Brennstoffzelle 60 in Bezug auf den Grad der Beschleunigung,
den tatsächlichen
Ausgang der Brennstoffzelle 60 und den Ausgang der Batterie 50 des
Beispiels 2 zeigt.
-
Während der
Zeit 0-t2 ist der Grad der Beschleunigung 0. Während dieser
Periode sind der Soll-Ausgangswert für die Brennstoffzelle 60,
der Ausgang der Brennstoffzelle 60 und der Ausgang der Batterie 50 ebenfalls
0.
-
Zum
Zeitpunkt t2 erhöht
sich der Grad der Beschleunigung stark. Zu diesem Zeitpunkt überschreitet
der Absolutwert der Änderungsrate
des Grades der Beschleunigung den Schwellenwert Rth. Daraufhin erhöht sich
der Soll-Ausgangswert für
die Brennstoffzelle 60 ebenfalls stark in Zuordnung zum Grad
der Beschleunigung. Der Ausgang der Brennstoffzelle 60 kann
aufgrund der niedrigen Reaktionsfähigkeit der plötzlichen
Erhöhung
des Soll-Ausgangswertes nicht folgen und erhöht sich mit maximaler Steigung.
Zu diesem Zeitpunkt führt
die Batterie 50 eine Ausgabe durch, um das Defizit der
Ausgabe der Brennstoffzelle 60 zu kompensieren.
-
Während der
Zeit t2–t4
erhöht
sich der Grad der Beschleunigung langsam. Zu diesem Zeitpunkt liegt
der Absolutwert der Änderungsrate
des Grades der Beschleunigung auf oder unterhalb des Schwellenwerts
Rth. Der Soll-Ausgangswert für
die Brennstoffzelle 60 wird auf dem Wert, der zum Zeitpunkt
t2 eingestellt wird, gehalten. Der Ausgang der Brennstoffzelle 60 erhöht sich
mit maximaler Steigung, bis er den Soll-Ausgangswert zum Zeitpunkt
t3 erreicht. Während
der Zeit t3–t4
wird eine konstante Energie mit Bezug auf den Soll-Ausgangswert
ausgegeben. Die Batterie 50 führt eine Ausgabe durch, um
das Defizit der Ausgabe der Brennstoffzelle 60 zu kompensieren.
-
Zum
Zeitpunkt t4 verringert sich der Grad der Beschleunigung stark.
Zu diesem Zeitpunkt überschreitet
der Absolutwert der Änderungsrate
des Grades der Beschleunigung den Schwellenwert Rth. Daraufhin verringert
sich der Soll-Ausgangswert für die
Brennstoffzelle 60 ebenfalls stark in Zuordnung zum Grad
der Beschleunigung. Der Ausgang der Brennstoffzelle 60 verringert
sich, um dem Soll-Ausgangswert zu folgen. Die Batterie 50 führt keine
Ausgabe durch, da der Energiebedarf, der dem Grad der Beschleunigung
zugeordnet ist, durch die Ausgabe der Brennstoffzelle 60 alleine
gedeckt werden kann.
-
Während der
Zeit t4–t5
erhöht
sich der Grad der Beschleunigung. Zu diesem Zeitpunkt liegt der Absolutwert
der Änderungsrate
des Grades der Beschleunigung auf oder unterhalb des Schwellenwerts Rth.
Daraufhin wird der Soll-Ausgangswert für die Brennstoffzelle 60 auf
den Wert, der zum Zeitpunkt t42 eingestellt wird, gehalten. Die
Brennstoffzelle 60 gibt eine konstante Energie mit Bezug
auf den Soll-Ausgangswert aus. Die Batterie 50 führt eine Ausgabe
durch, um das Defizit der Ausgabe der Brennstoffzelle 60 zu
kompensieren.
-
Während der
Zeit t5–t6
verringert sich der Grad der Beschleunigung. Zu diesem Zeitpunkt
liegt der Absolutwert der Änderungsrate
des Grades der Beschleunigung auf oder unterhalb des Schwellenwertes
Rth. Daraufhin wird der Soll-Ausgangswert für die Brennstoffzelle 60 auf
dem Wert zum Zeitpunkt t4 (oder t5) bis zum Zeitpunkt t5' gehalten, bei dem
die Steuereinheit 70 erfasst, dass die Restladung SOC der
Batterie 50 unterhalb LO% liegt. Die Brennstoffzelle 60 führt eine
Ausgabe mit Bezug auf den Soll-Ausgangswert bis zum Zeitpunkt t5' durch. Die Batterie 50 führt eine
Ausgabe durch, um das Defizit der Ausgabe der Brennstoffzelle 60 zu
kompensieren.
-
Zum
Zeitpunkt t5' erfasst
die Steuereinheit 70, dass die Restladung SOC der Batterie 50 unterhalb
von LO% liegt. Daraufhin wird, während
der Grad der Beschleunigung zu diesem Zeitpunkt verringert wird,
der Soll-Ausgangswert für
die Brennstoffzelle 60 so hoch korrigiert, dass die Batterie 50 schnell
geladen werden kann. Der Ausgang der Brennstoffzelle 60 kann
aufgrund der niedrigen Reaktionsfähigkeit dieser Erhöhung des
Soll-Ausgangswertes nicht folgen und erhöht sich mit maximaler Steigung.
-
Zum
Zeitpunkt t6 und anschließend
erhöht sich
der Grad der Beschleunigung langsam. Zu diesem Zeitpunkt liegt der
Absolutwert der Änderungsrate
des Grades der Beschleunigung auf oder unterhalb des Schwellenwerts
Rth. Daraufhin wird der Soll-Ausgangswert
für die
Brennstoffzelle 60 auf den Wert, der zum Zeitpunkt t5' eingestellt wird,
gehalten. Die Brennstoffzelle 60 gibt eine konstante Energie mit
Bezug auf den Soll-Ausgangswert aus. Die Batterie 50 führt keine
Ausgabe durch, da der Energiebedarf, der dem Grad der Beschleunigung
zugeordnet ist, durch die Ausgabe der Brennstoffzelle 60 alleine gedeckt
werden kann.
-
Der
Ausgang der Brennstoffzelle 60 zum Zeitpunkt t5 und anschließend, der
in der Zeichnung gezeigt ist, ist größer als der Energiebedarf,
so dass die überschüssige Energie
verwendet wird, um die Batterie 50 zu laden. Obwohl es
in der Zeichnung nicht gezeigt ist, fällt ebenfalls in dem Fall,
in dem der Grad der Beschleunigung sich nach einer starken Erhöhung langsam
verringert, d. h. in dem der Absolutwert der Änderungsrate des Grades der
Beschleunigung auf oder unterhalb des Schwellenwertes Rth liegt,
der Soll-Ausgangswert für
die Brennstoffzelle 60 nicht ab, so dass das Laden der
Batterie 50 durchgeführt
werden kann.
-
Im
Beispiel 2 wird in Bezug auf die Brennstoffzelle 60, die
eine geringe Ausgangsreaktionsfähigkeit
in Bezug auf den Grad der Beschleunigung aufweist, eine Steuerung
für einen
stabilen Betrieb der Brennstoffzelle 60 derart durchgeführt, dass
sie weniger empfindlich hinsichtlich des Grades der Beschleunigung
ist. Die Batterie 50, die eine gute Ausgangsreaktionsfähigkeit
aufweist, wird für
plötzliche Änderungen
des Grades der Beschleunigung verwendet. Auf diese Weise kann außerdem die
Ausgangsreaktionsfähigkeit
in Bezug auf den Grad der Beschleunigung gewährleistet werden, eine übermäßige Ladung/Entladung
des Speicherabschnitts kann minimiert werden, und die Brennstoffzelle 60 kann
effektiv als eine Energieversorgungsquelle verwendet werden.
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(5) Beispiel 3
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Das
Hybrid-Fahrzeug des Beispiels 3 ist mit einem Navigationssystem
versehen. 11 ist ein vereinfachtes Konfigurationsdiagramm
des Hybrid-Fahrzeugs des Beispiels 3. Das Navigationssystem 90 ist
mit einer Steuereinheit 70B verbunden, und in die Steuereinheit 70B werden
Informationen über
die Route, über
die das Fahrzeug in der Zukunft fahren wird, eingegeben. Der Aufbau
der anderen Hardware ähnelt
dem Beispiel 1. Zwischen dem Beispiel 1 und dem Beispiel 3 besteht
ein teilweiser Unterschied hinsichtlich des Energieausgabeprozesses.
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12 ist
ein Flussdiagramm einer Energieausgabeprozessroutine des Beispiels
3. Wenn dieser Prozess gestartet wird, nimmt die CPU verschiedene Sensor-
und Schaltsignale auf (Schritt S300). Anschließend bestimmt die CPU, ob sich
die Brennstoffzelle 60 in einem Energieerzeugungsbefähigungszustand
befindet (Schritt S310).
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Wenn
sich die Brennstoffzelle 60 in einem Energieerzeugungsbefähigungszustand
befindet, wird ein Einstellprozess eines Soll-Ausgangswertes für den Ausgang
der Brennstoffzelle 60 durchgeführt (Schritt S320). Dieser
Prozess ist derselbe wie derjenige im Beispiel 1. Wenn ein Soll-Ausgangswert
für die
Brennstoffzelle 60 einmal eingestellt wurde, wird eine
Entscheidung dahingehend getroffen, ob das Navigationssystem 90 bei
der Fahrt verwendet wird (Schritt S330). Wenn das Navigationssystem 90 während der
Fahrt nicht verwendet wird, gibt die Brennstoffzelle 60 Energie
mit Bezug auf den Soll-Ausgangswert wie im Beispiel 1 aus (Schritt
S350) und die Batterie 50 lädt/entlädt sich, um die Differenz zwischen
der Ausgabe der Brennstoffzelle 60 und dem Energiebedarf,
der dem Grad der Beschleunigung entspricht, zu kompensieren (Schritt
S360). Wenn die Fahrt unter Verwendung des Navigationssystems 90 stattfindet,
wird ein Korrekturprozess für
den Soll-Ausgangswert für
die Fahrt mit dem Navigationssystem durchgeführt.
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Für den Fall
eines Verkehrsstaus oder für den
Fall eines Haltens bei einer Ampel, etc. erfolgt die Bestimmung
in Schritt S330 dahingehend, dass die Fahrt ohne das Navigationssystem
stattfindet.
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13 ist
ein Flussdiagramm eines Soll-Ausgangswertkorrekturprozesses für die Fahrt bei
Verwendung eines Navigationssystems. Wenn dieser Prozess gestartet
wird, liest die CPU Routeninformationen von dem Navigationssystem 90 aus (Schritt
S400). Die se Routeninformationen enthalten Informationen, die eine
Aufwärts-
oder Abwärts-Steigung betreffen,
oder Informationen für
eine Autobahn etc. Der Energiebedarf zu einem vorbestimmten Zeitpunkt
in der Zukunft wird dann auf der Grundlage dieser Routeninformationen
geschätzt
(Schritt S410). Wenn beispielsweise die CPU von dem Navigationssystem 90 erfassen
sollte, dass in der Zukunft eine Aufwärtssteigung vorliegt, wird
die Energie, die zum Aufwärtsfahren
der Aufwärtssteigung
benötigt
wird, geschätzt.
Der Soll-Ausgangswert zu einem vorbestimmten Zeitpunkt in der Zukunft
wird dann auf der Grundlage des geschätzten zukünftigen Energiebedarfs eingestellt
(Schritt S420). Anschließend
wird der Soll-Ausgangswert unter Verwendung dieses zukünftigen
Soll-Ausgangswertes, des Soll-Ausgangswertes, der im Schritt 320 der 12 eingestellt
wird, des Soll-Ausgangswertes zu einem vorbestimmten Zeitpunkt in
der Zukunft, und der Ausgangscharakteristika der Brennstoffzelle 60 korrigiert
(maximale ausgebbare Steigung) (Schritt S430).
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14 ist
ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel einer Änderung des Soll-Ausgangswertes
der Brennstoffzelle 60, der dem Grad der Beschleunigung
zugeordnet ist, des tatsächlichen
Ausgangs der Brennstoffzelle 60 und des Ausgangs der Batterie 50 zeigt. Der
Grad der Beschleunigung ist bis zum Zeitpunkt t2 konstant und benötigt die
Energie PW1. Während
der Zeit t2–t3
liegt eine Aufwärtssteigung
vor, die sich auf PW2 erhöht
und dann während
der Zeit t3–t5
konstant bleibt. Während
der Zeit t5–t6
liegt eine Abwärtssteigung
vor, die sich auf PW1 verringert. Zum Zeitpunkt t6 und danach ist
sie konstant.
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Auf
der Grundlage von Routeninformationen von dem Navigationssystem 90 kann
die Steuereinheit 70 vor dem Zeitpunkt t5 in der Nähe der Abwärtssteigung
erkennen, dass in der Zukunft eine Abwärtssteigung kommt. Aus dem
derzeitigen Soll-Ausgangswert
PW2, dem zukünftigen
Soll-Ausgangswert PW1 und der Ausgangscharakteristika der Brennstoffzelle 60 erkennt
sie, dass sogar dann, wenn der Soll-Ausgangswert zum Zeitpunkt t4 auf PW2
verringert wird und Energie der Batterie 50 verbraucht
wird, [die Batterie] auf der Abwärtssteigung aufgeladen
werden kann, und sie korrigiert den Soll-Ausgangswert [dementsprechend].
Während der
Zeit t4–t6
wird, wenn der Ausgang bzw. die Ausgabe hinsichtlich des Energiebedarfes
unzureichend ist, das Defizit von der Ausgabe der Batterie 50 kompensiert.
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In
der vorhergehenden Beschreibung wurde die Implementation der Erhöhung und
der Erniedrigung des Ausgangs der Brennstoffzelle 60 in
dem Fall einer Aufwärtssteigung
und einer Abwärtssteigung
beschrieben, aber eine Erhöhung
des Ausgangs könnte
ebenfalls beispielsweise in dem Fall der Beschleunigung beim Einfahren
auf eine Autobahn, etc. implementiert werden.
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Oben
wurde die Ausgabe einer Antriebsenergie beschrieben, wenn sich die
Brennstoffzelle 60 in einem Erzeugungsbefähigungszustand
befindet. In Schritt S310 der 12 wird,
wenn sich die Brennstoffzelle 60 nicht in einem Erzeugungsbefähigungszustand
befindet, bestimmt, ob die Restladung SOC der Batterie 50 auf
oder oberhalb der Steueruntergrenze LoS% liegt (Schritt S370). Wenn
die Restladung SOC der Batterie 50 unterhalb der Steueruntergrenze
LoS% liegt, wird die Brennkraftmaschine 10 gestartet und
die Antriebsenergie ausgegeben (Schritt S380). Wenn die Restladung
SOC der Batterie 50 auf oder oberhalb der Steueruntergrenze LoS%
liegt, führt
die Batterie 50 die Ausgabe als die Hauptenergiequelle
durch (Schritt S390).
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Gemäß dem Beispiel
3 kann in einem Fahrzeug, das ein fahrzeuginternes Navigationssystem 90 aufweist,
die Brennstoffzelle 60 effektiv als eine Energieversorgungsquelle
verwendet werden, während
eine Ausgangsreaktionsfähigkeit
auf den Grad der Beschleunigung gewährleistet wird.
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(6) Alternative Beispiele
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Während die
Erfindung oben anhand mehrerer Ausführungsformen beschrieben wurde,
ist die Erfindung in keiner Weise auf diese Ausführungsform beschränkt und
kann in der Praxis auf verschiedene Arten angewendet werden, ohne
von dem Bereich der Erfindung abzuweichen. Die folgenden alternativen
Beispiele sind beispielsweise denkbar.
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Im
obigen Beispiel 1 sind die Beziehungen zwischen der Restladung SOC
der Batterie 50, dem Grad der Beschleunigung und dem Soll-Ausgabewert
für die
Brennstoffzelle 60 als eine Tabelle gespeichert, aber stattdessen
könnte
der Soll-Ausgangswert für
die Brennstoffzelle 60 unter Verwendung der Restladung
SOC der Batterie 50 und des Grades der Beschleunigung als
Parameter berechnet werden.
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Im
obigen Beispiel 2 wird anhand der Änderungsrate des Grades der
Beschleunigung bestimmt, ob eine Korrektur des Soll-Ausgangswertes
für die Brennstoffzelle 60 durchzuführen ist,
aber stattdessen könnte
eine Korrektur des Soll-Ausgangswertes für die Brennstoffzelle 60 auf
der Grundlage der Änderungsrate
des Grades der Beschleunigung und der Größe der Änderung des Grades der Beschleunigung
durchgeführt
werden. Dadurch kann in dem Fall, in dem sich der Grad der Beschleunigung
um mehr als einen bestimmten Wert ändert, während die Änderungsrate des Grades der
Beschleunigung weiterhin niedrig bleibt, ein übermäßiges Laden/Entladen der Batterie 70 minimiert
werden und ein geeigneter Soll-Ausgangswert eingestellt werden.
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Außerdem wird
im obigen Beispiel 2 die Änderungsrate
des Grades der Beschleunigung aus dem Grad der Beschleunigung berechnet,
der in festen Intervallen abgetastet wird, aber die Änderungsrate
des Grades der Beschleunigung konnte stattdessen direkt unter Verwendung
eines Sensors erfasst werden.
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In
den obigen Beispielen wurde die Implementation der Erfindung in
einem Hybrid-Fahrzeug beschrieben,
aber die Implementation in einem elektrischen Fahrzeug, das keine
Brennkraftmaschine aufweist, ist ebenfalls möglich. 15 ist
ein vereinfachtes Konfigurationsdiagramm eines elektrischen Fahrzeugs.
Dieses elektrische Fahrzeug weist eine Brennstoffzelle 60B,
eine Batterie 50B, eine Steuereinheit 70B, einen
Wechselschalter 84B, einen Inverter 52B, einen
Motor 20B, ein Gaspedal 55B, ein Differenzialgetriebe 16B,
eine Achse 17B, etc. auf. In 15 sind
der Hilfsantriebsmotor 82, das Getriebe 100, etc.,
die in 1 gezeigt sind, weggelassen.
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In
den obigen Beispielen wird eine Batterie 50 als der wiederaufladbare
Speicherabschnitt verwendet, aber stattdessen könnte ein Kondensator oder eine
andere derartige Speicherreinrichtung verwendet werden.
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In
den obigen Beispielen wurde ein Hybrid-Fahrzeug, bei dem eine Antriebsenergie
von der Brennkraftmaschine auf eine Achse 17 übertragen werden
kann, d. h. ein Parallel-Hybrid-Fahrzeug beschrieben, könnte aber
stattdessen als ein Serien-Hybrid-Fahrzeug implementiert sein.
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In
den obigen Beispielen werden verschiedene Steuerprozesse von der
CPU-Ausführungssoftware
durchgeführt,
aber diese Steuerprozesse könnten
stattdessen mittels Hardware realisiert werden.
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GEWERBLICHE
ANWENDBARKEIT
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Die
Erfindung kann verwendet werden, um eine Energieversorgungsvorrichtung
zu steuern, die eine Brennstoffzelle und einen Speicherabschnitt
als die Energiequelle aufweist.