DE60124090T2 - Stromversorgung unter verwendung von brennstoffzellen und ladbaren/entladbaren akkumulatoren - Google Patents

Stromversorgung unter verwendung von brennstoffzellen und ladbaren/entladbaren akkumulatoren Download PDF

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Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Energieversorgung mittels einer Kraftstoffzelle und eines wiederaufladbaren Speicherabschnitts.
  • STAND DER TECHNIK
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der abhängige Anspruch ist auf eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gerichtet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein vereinfachtes Konfigurationsdiagramm des Hybrid-Fahrzeugs des Beispiels 1.
  • 2 ist ein beispielhaftes Diagramm, das eine vereinfachte Konfiguration eines Brennstoffzellensystems zeigt.
  • 3 ist ein beispielhaftes Diagramm, das Eingangs-/Ausgangssignalverbindungen mit der Steuereinheit 70 zeigt.
  • 4 ist ein beispielhaftes Diagramm, das Beziehungen zwischen Fahrzeugantriebsbedingungen und der Antriebsenergiequelle zeigt.
  • 5 ist ein Flussdiagramm einer Energieausgabeprozessroutine in der Zone MG.
  • 6 ist ein beispielhaftes Diagramm, das Beziehungen zwischen der Restladung SOC, des Grades der Beschleunigung und des Soll-Ausgangswertes zeigt.
  • 7 ist ein Zeitdiagramm, das die Änderung des Soll-Ausgangswertes der Brennstoffzelle 60, des tatsächlichen Ausgangs und des Ausgangs der Batterie 50 zeigt.
  • 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.
  • 9 ist ein Flussdiagramm einer Prozessroutine zum Einstellen des Soll-Ausgangswertes gemäß Beispiel 2.
  • 10 ist ein Zeitdiagramm, das die Änderung des Soll-Ausgangswertes der Brennstoffzelle 60, des tatsächlichen Ausgangs und des Ausgang der Batterie 50 zeigt.
  • 11 ist ein vereinfachtes Konfigurationsdiagramm des Hybrid-Fahrzeugs des Beispiels 3.
  • 12 ist ein Flussdiagramm einer Energieausgabeprozessroutine gemäß Beispiel 3.
  • 13 ist ein Flussdiagramm eines Soll-Ausgangswertkorrekturprozesses.
  • 14 ist ein Zeitdiagramm, das die Änderung des Soll-Ausgangswertes der Brennstoffzelle 60, des tatsächlichen Ausgangs und des Ausgangs der Batterie 50 zeigt.
  • 15 ist ein vereinfachtes Konfigurationsdiagramm eines elektrischen Fahrzeugs.
  • BESTER MODUS ZUM DURCHFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Eine Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden auf der Grundlage eines Beispieles der Anwendung für ein Hybrid-Fahrzeug beschrieben.
  • (1) Aufbau der Vorrichtung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • (2) Typischer Betrieb
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • (5) Beispiel 3
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • (6) Alternative Beispiele
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In den obigen Beispielen werden verschiedene Steuerprozesse von der CPU-Ausführungssoftware durchgeführt, aber diese Steuerprozesse könnten stattdessen mittels Hardware realisiert werden.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Die Erfindung kann verwendet werden, um eine Energieversorgungsvorrichtung zu steuern, die eine Brennstoffzelle und einen Speicherabschnitt als die Energiequelle aufweist.

Claims (2)

  1. Energieversorgungsvorrichtung, die Energie unter Verwendung einer Brennstoffzelle (60) und einem wiederaufladbaren Speicherabschnitt (50) als die Energiequelle zuführt, wobei die Energieversorgungsvorrichtung aufweist: einen Brennstoffzellensteuerabschnitt (70) zum Steuern des Betriebes der Brennstoffzelle (60) in Bezug auf einen vorbestimmten Soll-Ausgangswert (Dp1, Dp2), einen Lade-/Entladeabschnitt (51, 52, 84, 70) zum Laden/Entladen des Speicherabschnitts, um einen Unterschied zwischen dem Energiebedarf und der Energie, die von der Kraftstoffzelle (60) ausgegeben werden kann, zu kompensieren, gekennzeichnet durch einen Änderungsratenerfassungsabschnitt (70) zum Erfassen der Änderungsrate (r) des Energiebedarfs, und einen Soll-Ausgangswerteinstellabschnitt (70) zum Modifizieren des Soll-Ausgangswertes (Dp1, Dp2) in Bezug auf den Energiebedarf, wenn der Absolutwert der Änderungsrate (r) einen vorbestimmten Wert (Rth) überschreitet.
  2. Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem einen Sensorabschnitt zum Erfassen der Restladung (SOC) des Speicherabschnitts, und einen Soll-Ausgangswertkorrigierabschnitt (70) zum Korrigieren des Soll-Ausgangswerts (Dp1, Dp2) in Bezug auf die Restladung aufweist.
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8364 No opposition during term of opposition
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