DE60224466T2

DE60224466T2 - Antriebssystem eines Fahrzeuges, mit Brennstoffzelle oder Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60224466T2
Application number: DE60224466T
Authority: DE
Inventors: Yasukazu Yokohama-shi Iwasaki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2022-01-12
Also published as: EP1225083B1; EP1225083A3; US20020096376A1; EP1225083A2; US6701229B2; JP2002218606A; JP3770087B2; DE60224466D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Fahrzeugantriebssystem entsprechend des Obergriffteils der unabhängigen Ansprüche 1 und 2.
JP-A-H9 7618 ( JP-A-9007618 ), veröffentlicht durch das Japanische Patentbüro 1997 zeigt ein Verfahren, wobei eine laufende Last einer Brennstoffzelle eines Fahrzeuges mit Brennstoffzelle auf der Grundlage des Durchschnittswertes der elektrischen Last des Fahrzeuges bestimmt wird. Dieses Verfahren zielt darauf, die Kapazität der Batterie, der an dem Fahrzeug montierten Batterie, zu reduzieren, um die Energie, die durch die Brennstoffzelle erzeugt wird zu bewahren und die von der Brennstoffzelle geforderte Reaktion zu vermindern.
Jedoch tritt es bei einer Annäherung, wo die laufende Last der Brennstoffzelle auf der Grundlage des Durchschnittswertes der elektrischen Last bestimmt wird, wenn der Motor während des Abbremsen des Fahrzeuges oder bei einer Fahrt auf einer Neigung nach unten Energie regeneriert, häufig auf, dass das Brennstoffzellensystem auch Energie unter einer hohen laufenden Last erzeugt. In solch einer Situation wird die Summe der regenerierten Energie und der erzeugten Energie übermäßig, so dass die Energie nicht vollständig in der Batterie gespeichert werden kann oder sich die Batterieelektroden infolge des Überladens verschlechtern können.
Insbesondere in einer Situation, wo die Bremsen vollständig aus dem Zustand aufgebracht werden, wo das Fahrzeug nahe des maximal gewählten Last fährt, ist es notwendig, die Batterie gleichzeitig mit der maximal erzeugten Energie und der maximal regenerierten Energie aufzuladen, und wenn die Batteriekapazität festgelegt wird, diesen Anforderungen zu genügen, wird die Große der Batterie erhöht, werden die Kosten ansteigen und wird es schwieriger die Batterie in dem Fahrzeug zu installieren.
Es ist demzufolge ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeugsantriebssystem, wie zuvor angezeigt, zu schaffen, um die laufende Last, die aus dem elektrischen Lastwert entsprechend der regenerierten Energie berechnet worden ist, zu korrigieren und eine Vergrößerung der Batterie zu vermeiden, und die Energieverwaltung effektiv auszuführen.
Die Aufgabe wird entsprechend der vorliegenden Erfindung durch ein Fahrzeugantriebssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Die Aufgabe wird außerdem durch ein Fahrzeugsantriebssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 2 gelöst.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen niedergelegt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung in größerer Ausführlichkeit mittels mehrerer Ausführungsbeispiele derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrzeugsantriebssystems ist, das die Erfindung betrifft.
2 ein Ablaufdiagramm eines Energieverwaltungsprogramms ist.
3 ein Zeitablaufdiagramm ist, das einen Energieverwaltungszustand (eine laufende Last, die regenerierte Energie) zeigt.
4 ein Zeitablaufdiagramm ist, das einen Energieverwaltungszustand (die Batterieaufladungs-/-entladungs-Energie) zeigt.
5 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Energieverwaltungsprogramm entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispieles zeigt.
6 ein Zeitdiagramm ist, das einen Energieverwaltungszustand in dem Fall zeigt, wo ein gewichteter Korrekturkoeffizient 1 ist.
7 ein Zeitdiagramm ist, das einen Energieverwaltungszustand in dem Fall ist, wo der gewichtete Korrekturkoeffizient 3 ist.
8 ein Zeitablaufdiagramm ist, das einen Energieverwaltungszustand (die Batterieaufladungs-/-entladungs-Energie) entsprechend des zweiten Ausführungsbeispieles zeigt.
9 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Energieverwaltungsprogramm entsprechend eines dritten Ausführungsbeispieles zeigt.
10 ein Plan ist, der eine Beziehung zwischen dem Batterieaufladungszustand und einer gestatteten Ladungsenergie der Batterie zeigt.
11 ein Plan ist, der eine Beziehung zwischen einem Batterieaufladungszustand und einer Korrekturgröße spezifiziert.
12 ein Plan ist, um den Energieverwaltungszustand zu beschreiben, wenn diese Erfindung nicht angewandt wird.
13 eine schematische Zeichnung eines Serien-Hybridfahrzeuges zeigt, das diese Erfindung anwenden kann.
In Bezug auf die 1 der Zeichnungen ist ein Fahrzeugantriebssystem entsprechend dieser Erfindung mit einem Brennstoffzellensystem 150 und einer Batterie 112 als eine Energiequelle für einen Motor 113 vorgesehen.
Das Brennstoffzellensystem 150 ist mit einem Reformer 100, einem Kompressor 103, einer Brennstoffzelle 107 und einer Verbrennungseinrichtung 110 versehen.
Der Reformer 100 führt ein Dampfreformieren unter Verwendung von Methanol (MeOH) aus dem Methanoltank 98 und Wasser (H₂O) aus dem Wassertank 99 aus, und erzeugt ein reformiertes Gas, das Wasserstoff enthält. Der Reformer 100 führt das Reformieren auch durch die Teil-Oxidation von Methanol unter Verwendung von Luft, die von dem Kompressor 103 zugeführt wird, aus. Das Dampfreformieren ist eine endothermische Reaktion und die Teil-Oxidation ist eine exothermische Reaktion. Das reformierte Gas wird zu der Anode des Brennstoffzellensystems 107 zugeführt und Luft von dem Kompressor 103 wird zu der Kathode der Brennstoffzelle 107 zugeführt. Das Brennstoffzellensystem 107 erzeugt Energie unter Verwenden von Wasserstoff in dem reformierten Gas und des Sauerstoffs in der Luft.
Da nicht der gesamte Wasserstoff in dem reformierten Gas und der gesamte Sauerstoff in der Luft durch die Brennstoffzelle 107 verbraucht wird, wird ein Teil zu der Verbrennungseinrichtung 110 gesendet (Anodenabgas, Kathodenabgas). Das Anodenabgas und das Kathodenabgas werden mit dem aus dem Methanoltank 98 und der Luft aus dem Kompressor 103, wie gefordert, verbrannt. Die Wärme der Verbrennung in der Verbrennungseinrichtung 110 wird wieder verwendet, um Methanol und Wasser zu verdampfen, oder die Wärme wird durch das Dampfreformieren absorbiert.
Die Batterie 112 speichert die überschüssige Energie, die durch die Brennstoffzelle 107 erzeugt worden ist, oder die Energie, die durch den Motor 113 erzeugt worden ist, wenn der Motor abgebremst wird. Wenn alle von den Forderungen des Motors 113, des Kompressors 103, des Reformers 100 und der Verbrennungseinrichtung 110 nicht allein durch die Energieerzeugung der Brennstoffzelle 107 erfüllt werden können, entlädt sich die Batterie 112 und die Unzulänglichkeit wird kompensiert. Die Lastteilung zwischen der Brennstoffzelle 107 und der Batterie 112 wird durch einen Energieregler 114 festgelegt.
Der Motor 113 ist mit dem Energieregler 114 verbunden, wobei die Energie zu dem Motor 113 aus der Brennstoffzelle 107 oder aus der Batterie 112 zugeführt wird. Der Motor 113 treibt die Antriebsräder 121 über ein Zahnrad 120. Während des Abbremsens funktioniert der Motor 113 als ein Generator und die Batterie 112 wird mit der regenerierten Energie aufgeladen.
Eine Steuerungseinrichtung 115 enthält einen, zwei oder mehr Mikroprozessoren, ROM und RAM (Nur-Lese-Speicher und Speicher mit wahlfreiem Zugriff) und eine I/O-Schnittstelle (einen Eingangs-/Ausgangsschnittstelle). Eine Niederdrückgröße APO eines Beschleunigerpedals 116, die durch einen Sensor 117 erfasst wird, eine Fahrzeuggeschwindigkeit VSP, die durch einen Sensor 118 erfasst wird, und eine Bremspedal-Niederdruckgröße BDA, der durch einen Sensor 119 erfasst wird, werden in die Steuerungseinrichtung 115 eingegeben. Die Steuerungseinrichtung 115 berechnet eine erforderliche Energie aus der Beschleunigerpedal-Niederdrückgröße APO und der Fahrzeuggeschwindigkeit VSP und gibt einen laufenden Last-Befehlswert Lc entsprechend der geforderten Energie Pd und des Regenerierungszustandes in das Brennstoffzellensystem 150. Der Regenerierungszustand kann aus der Bremspedal-Niederdrückgröße BDA bestimmt werden. Die Steuerungseinrichtung 115 lenkt auch die Energieverteilung zwischen dem Brennstoffzellensystem 150 und der Batterie 112 zu dem Energieregler 114.
2 zeigt ein durch die Steuerungseinrichtung 115 ausgeführtes Energieverwaltungsprogramm.
Zuerst wird in einem Schritt 51 die Beschleuniger-Niederdrückgröße APO gelesen und dann in einem schritt S2 wird die Fahrzeuggeschwindigkeit VSP gelesen.
In einem Schritt S3 wird der geforderte Wert Pd der elektrischen Last, die die geforderte Energie ist, um das Fahrzeug zu fahren, auf der Grundlage der Beschleuniger-Niederdrückgröße APO und der Fahrzeuggeschwindigkeit VSP gelesen.
In einem Schritt S4 wird ein Durchschnittswert Pda über die Zeit (z. B. der Durchschnittswert der vergangenen 20 sec) des geforderten Wertes der elektrischen Last von der vorhandenen Zeit bis zu einer vorbestimmten vorherigen Zeit berechnet.
In einem Schritt S5 wird die Bremspedal-Niederdruckgröße BDA gelesen.
In einem Schritt S6, wenn die Bremspedal-Niederdruckgröße BDA eine vorbestimmte Größe überschreitet, wird es bestimmt, dass Energie durch den Motor 113 regeneriert wird. Die Anwesenheit oder die Abwesenheit der regenerierten Energie kann auch durch das Berechnen der regenereierten Energie Pr auf der Grundlage der Bremspedal-Niederdruckgröße BDA und der Fahrzeuggeschwindigkeit VSP berechnet werden.
Wenn es bestimmt wird, dass es keine regenerierte Energie gibt, geht das Programm zu einem Schritt S7 weiter und der laufende Last-Befehlswert Lc wird zu dem Durchschnittswert Pda über die Zeit des geforderten Wertes der elektrischen Last festgelegt. Wenn es regenerierte Energie gibt, geht das Programm zu einem Schritt S8 weiter und der laufende Last-Befehlswert Lc wird auf den Wert festgelegt, der der Leerlaufdrehzahl oder dem Stopp entspricht.
In einem Schritt S9 wird der laufende Last-Befehlswert Lc in das Brennstoffzellensystem 150 ausgegeben und das Brennstoffzellensystem 150 wird unter dem laufenden Last-Befehlswert Lc betätigt.
In der 3 wird der laufende Last-Befehlswert Lc mit dem Brennstoffzellensystem 150 während der zuvor erwähnten Energieverwaltung mit dem Fall verglichen, wo diese Erfindung nicht angewandt wird. In einem Bereich 400, wo der Motor 113 Energie regeneriert, obwohl der laufende Last-Befehlswert Lc hoch ist, wenn diese Erfindung nicht angewandt wird, wird entsprechend dieses Ausführungsbeispieles der laufende Last-Befehlswert Lc auf den Wert korrigiert, der dem Leerlaufzustand oder dem Stopp entspricht (zur Erleichterung als eine Null-Last in der Figur bezogen).
Die Aufladungs-/die Entladungs-Energie der Batterie 112 ist in der 4 gezeigt. Die Aufladungsenergie zu einer Zeit T1, bei der die maximal regenerierte Energie erzeugt wird, ist, wenn diese Erfindung nicht angewandt wird (Punkt 500), ein sehr hoher Wert. Andererseits wird sie in diesem Ausführungsbeispiel tief unterdrückt (Punkt 501). Wenn die Energieregenerierung aufgetreten ist, wird die Batterie hauptsächlich durch die regenereierte Energie aufgeladen.
Die 3 und 4 zeigen einige typische Stadtstraßen-Laufmuster. Wenn die Bremse plötzlich betätigt wird ist die Aufladungsenergie, wenn diese Erfindung nicht angewandt wird, ein noch größerer Wert als der Punkt 500.
Jedoch entsprechend dieses Ausführungsbeispieles verändert sich der laufende Last-Befehlswert Lc, wenn die regenerierte Energie aufgetreten ist oder verschwindet, schnell. Demzufolge wird, wenn die Reaktion des Brennstoffzellensystems 150 niedrig ist und dem laufenden Last-Befehlswert Lc nicht folgen kann, die Energiedifferenz durch die Batterie 112 absorbiert werden.
5 zeigt ein weiteres Beispiel des Energieverwaltungsprogramms, das durch die Steuerungseinrichtung 115 ausgeführt wird (zweites Ausführungsbeispiel). Das Programm wird durch die Steuerungseinrichtung 115 periodisch ausgeführt.
Zuerst wird die Beschleuniger-Niederdrückgröße APO in einem Schritt S11 gelesen und die Fahrzeuggeschwindigkeit VSP wird in einem Schritt S12 gelesen.
In einem Schritt S13 wird der geforderte Wert Pd der elektrischen Last, die die geforderte Energie zum Fahren des Fahrzeuges ist, auf der Grundlage der Beschleuniger-Niederdrückgröße APO und der Fahrzeuggeschwindigkeit VSP berechnet.
In einem Schritt S14 wird die Bremspedal-Niederdruckgröße BDA gelesen.
In einem Schritt S15 wird die regenerierte Energie Pr aus der Fahrzeuggeschwindigkeit VSP und der Bremspedal-Niederdruckgröße BDA berechnet.
In einem Schritt S16 wird der geforderte Wert Pd der elektrischen Last, die die Energie ist, die zum Fahren des Fahrzeuges gefordert wird, in dem Schritt S13 positiv festgelegt, die regenerierte Energie Pr in dem Schritt S115 negativ festgelegt und der geforderte Wert Pd2 der elektrischen Last wird unter Berücksichtigung der regenerierten Energie berechnet.
In einem Schritt S17 wird ein Zeit-Durchschnittswert Pd2a aus der vorhandenen Zeit bis zu einer vorbestimmten vorherigen Zeit (d. h., der Zeitdurchschnitt der vergangenen 20 sec) des geforderten Wertes Pd2 der elektrischen Last berechnet.
In einem Schritt S18 wird der laufende Last-Befehlswert Lc der Brennstoffzellensystems 150 durch Subtrahieren eines Wertes, der durch das Multiplizieren der regenerierten Energie Pr durch den gewichteten Korrekturkoeffizienten Cw erhalten wird, von dem Durchschnittswert der Zeit Pd2a berechnet. Der Koeffizient Cw wird auf einen Wert entsprechend der Aufladungsgröße und der Temperatur der Batterie 112 festgelegt. Z. B. wird der Koeffizient Cw infolge der Tatsache, dass die Energie, mit der die Batterie 112 aufgeladen werden kann, sich unter diesen Bedingungen, wie in der 10 gezeigt, erhöht, auf einen kleineren Wert festgelegt, je niedriger die Batterieaufladungsbetrag und je niedriger die Batterietemperatur ist.
In einem Schritt S19 wird der laufende Last-Befehlswert Lc zu dem Brennstoffzellensystem 150 ausgegeben und das Brennstoffzellensystem 150 läuft unter diesem laufenden Last-Befehlswert Lc.
Die 6 und 7 vergleichen den Fall, wo der laufende Last-Befehlswert Lc, der zu dem Brennstoffzellensystem 150 entsprechend zu der Steuerung des zweiten Ausführungsbeispieles, und dem Fall, wo diese Erfindung nicht angewandt wird, zugeführt wird.
6 zeigt den Fall, wo der gewichtete Korrekturkoeffizienten Cw gleich 1 ist und die 7 zeigt den Fall, wo der gewichtete Korrekturkoeffizienten Cw gleich 3 ist. In einem Bereich 400, wo regenerierte Energie, wie in der Fig. gezeigt, erzeugt wird, ist der laufende Last-Befehlswert Lc hoch, wenn diese Erfindung nicht angewandt wird, aber entsprechend dieses Ausführungsbeispieles wird der laufende Last-Befehlswert Lc korrigiert, um entsprechend der Erzeugung der regenerierten Energie kleiner zu sein.
8 zeigt die Aufladungsenergie der Batterie 112. Zu der Zeit T1, wenn die maximal erzeugte Energie erzeugt wird, ist die Aufladungsenergie ein sehr hoher Wert, wenn diese Erfindung nicht angewandt wird (Punkt 800), wird aber entsprechend diese Ausführungsbeispieles auf einen niedrigen Wert, verglichen mit dem Fall, wenn diese Erfindung nicht angewendet wird, unterdrückt (Punkt 801), und die Aufladungsenergie in dem Bereich 400, wenn die regenerierte Energie erzeugt wird, ist dieselbe Größenordnung, wie dieselbe Aufladungsenergie unmittelbar vor der Erzeugung der regenerierten Energie (Punkt 802).
Entsprechend dieses Ausführungsbeispieles verändert sich der laufende Last-Befehlswert Lc, wenn die regenerierte Energie erzeugt oder verbraucht wird, ziemlich langsam, so dass das Brennstoffzellensystem 150 leicht dem Befehlswert Lc der laufenden Last folgen kann.
9 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Energieverwaltungsprogramms, das durch die Steuerungseinrichtung 115 ausgeführt wird (drittes Ausführungsbeispiel). Das Programm wird durch die Steuerungseinrichtung 115 periodisch ausgeführt.
Zuerst wird in einem Schritt S31 die Fahrzeuggeschwindigkeit VSP gelesen und in einem Schritt S32 wird die Beschleuniger-Niederdrückgröße APO gelesen.
In einem Schritt S33 wird der geforderte Wert Pd der elektrischen Last, der die Energie ist, die erforderlich ist, um das Fahrzeug zu fahren, aus der Beschleuniger-Niederdrückgröße APO und der Fahrzeuggeschwindigkeit VSP berechnet.
In einem Schritt S34 wird die Bremspedal-Niederdruckgröße BDA gelesen. In einem Schritt S35 wird die regenerierte Energie Pr aus der Fahrzeuggeschwindigkeit VSP und der Bremspedal-Niederdruckgröße BDA berechnet.
In einem Schritt S36 wird die regenerierte Energie Pr von dem geforderten Wert Pd der elektrischen Last subtrahiert und der geforderte Wert Pd2 der elektrischen Last wird unter Einbeziehung der Regenerierung berechnet.
In einem Schritt S37 wird der Zeitdurchschnitt Pd2a von der gegenwärtigen Zeit zu einer vorbestimmten vorherigen Zeit (d. h., der Zeitdurchschnitt für die vergangenen 20 sec) des geforderten Wertes Pd2 der elektrischen Last berechnet.
In einem Schritt S38 wird der Zeitdurchschnitt Pd2a des geforderten Wertes der elektrischen Last entsprechend des der regenerierten Energie Pr korrigiert. Wenn die regenerierte Energie Pr groß ist, wird Pd2a auf einen kleinen Wert korrigiert, um die Aufladungsgröße des Brennstoffzellensystems 150 zu unterdrücken.
In einem Schritt S39 wird der Aufladungszustand SOC der Batterie 112 gelesen und in einem Schritt S40 wird eine Temperatur Tb der Batterie 112 gelesen.
In einem Schritt S41 wird eine gestattete Aufladungsenergie Pc der Batterie 112 durch Aufsuchen in einem Plan, der in der 10 gezeigt ist, aus dem Aufladungszustand SOC und der Temperatur Tb der Batterie 112 berechnet.
In einem Schritt S42 wird es bestimmt, ob ein Wert, der durch Subtrahieren Pd2 von Pd2a erhalten wird, geringer als Pc ist. Wenn das Bestimmungsergebnis von dem Schritt S42 wahr ist, geht das Programm zu einem Schritt S43 weiter, der laufende Last-Befehlswert Lc in dem Brennstoffzellensystem 150 wird auf Pda2 festgelegt und die Korrektur des laufenden Last-Befehlswertes Lc wird nicht ausgeführt. Der Wert, der durch Subtrahieren Pd2 von Pd2a erhalten wird, ist die Aufladungsenergie der Batterie 112.
Wenn das Bestimmungsergebnis von dem Schritt S42 falsch ist, geht das Programm zu einem Schritt S44 weiter und der laufende Last-Befehlswert Lc in dem Brennstoffzellensystem 150 wird auf einen Wert festgelegt, der durch Addieren von Pd2 zu Pd erhalten wird. Zu dieser Zeit ist Pc die Aufladungsenergie der Batterie 112. Die Korrekturgröße des laufenden Last-Befehlswertes Lc ist die minimale Größe innerhalb des Bereichs, worin das Aufladen der Batterie gestattet ist.
Demzufolge wird entsprechend dieses Ausführungsbeispieles die Aufladungsgröße der Batterie 112 auf eine maximal gestattete Aufladungsgröße gesteuert. Als ein Ergebnis kann die Korrekturgröße des laufenden Last-Befehlswertes Lc auf ein Minimum unterdrückt werden und die Grenzen der Ausgangsleistung, der Kapazität etc. der Batterie 112 können niedriger als die in dem vorherigen Ausführungsbeispielen festgelegt werden. Demzufolge können die Kosten der Batterie weiter reduziert werden, kann die Abmessung der Batterie reduziert werden und es ist leichter die Batterie in dem Fahrzeug zu installieren. Außerdem kann das Wiederaufladen der Batterie, nachdem die Batterie entladen worden ist. leicht ausgeführt werden.
Als nächstes wird ein viertes Ausführungsbeispiel beschrieben. Die folgende Steuerung wird in einer Kombination der zuvor erwähnten Ausführungsbeispiele beschrieben und der laufende Last-Befehlswert Lc wird durch Aufsuchen des Plans, der in der 11 gezeigt ist, weiter korrigiert.
Zuerst wird die Energieverwaltung, wenn die Erfindung nicht angewandt wird, in Bezug auf die 12 beschrieben.
Der Bereich A ist ein Bereich, wobei der geforderte Wert der elektrischen Last größer als der laufende Last-Befehlswert des Brennstoffzellensystems ist. In diesem Bereich ist die Energie, die durch das Brennstoffzellensystem erzeugt wird, unzureichend und eine Energiemenge, die dieser Oberflächenfläche entspricht, wird aus der Batterie entnommen.
Andererseits ist der Bereich B ein Bereich, wobei der geforderte Wert der elektrischen Last geringer als der laufende Last-Befehlswert des Brennstoffzellensystems ist. In diesem Bereich ist die Energiemenge, die durch das Brennstoffzellensystem erzeugt wird, übermäßig und die Energiemenge, die dieser Oberflächenfläche entspricht, lädt die Batterie auf. Diese zwei Bereiche treten alternierend auf, es findet sowohl ein aufladen, als auch ein Entladen der Batterie statt und über einen langen Zeitraum gleichen sich die Aufladungsmenge und die Entladungsmenge effektiv miteinander aus. Somit nähert sich der Durchschnittswert des Aufladungszustandes der Batterie seinem Anfangswert an.
Jedoch in den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen wird in dem Bereich 400, wo die regenerierte Energie erzeugt wird, der laufende Last-Befehlswert, der zu dem Brennstoffzellensystem 150 in dem Bereich B zugeführt wird, korrigiert, um kleiner zu sein, so dass sich die Oberflächenfläche des Bereiches, wo das Aufladen ausgeführt wird, vermindert. Demzufolge tendiert die Energie, wenn der Durchschnitt über einen langen Zeitraum in die Betracht gezogen wird, aus der Batterie 112 entnommen zu werden (die gesamte Energieentnahmemenge ist größer als die gesamte Aufladungsmenge).
Jedoch in dem vierten Ausführungsbeispiel wird der Aufladungszustand SOC der Batterie 112 gelesen, eine Korrektur wird zu diesem Zeitdurchschnitt des geforderten Wertes der elektrischen Last oder des laufenden Last-Befehlswertes des Brennstoffzellensystems 150 auf der Grundlage des in der 1 gezeigten Korrekturplanes addiert und infolge dieser Korrektur wird die zuvor erwähnte Tendenz, die Batterieenergie zu entnehmen, verhindert. In dieser Korrektur nähert sich der Aufladungszustand SOC_H entsprechend der Korrekturgröße Null an.
in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde die elektrische Last durch den Zeitdurchschnitt des elektrischen Lastwertes geglättet, jedoch kann sie auch durch ein weiteres Verfahren, z. B. durch einen Filter mit einer Verzögerungszeitkonstante, geglättet werden.
Außerdem kann es zusätzlich zu dem Berechnen der geforderten Wert der elektrischen Last aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Bremspedal-Niederdruckgröße aus der Bremspedal-Niederdruckgröße allein, oder aus anderen Parametern, z. B. aus den Positionsdaten, den Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten, etc., die aus einem Fahrnavigationssystem erhalten werden, bestimmt werden.
Die regenerierte Energie kann auch nicht nur aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Bremspedal-Niederdruckgröße, sondern auch aus anderen Parameter berechnet werden. Außerdem wurde die gestattete Größe der Aufladung der Batterie aus dem Aufladungszustand der Batterie und ihrer Temperatur abgeschätzt, aber sie kann auch aus dem Aufladungszustand der Batterie allein abgeschätzt werden oder ein weiteres Berechnungsverfahren kann verwendet werden.
Die Korrekturen sind, wenn die regenerierte Energie erzeugt wird, nicht auf die Verfahren der zuvor geschilderten Ausführungsbeispiele begrenzt. Z. B. kann die regenerierte Energie aus dem geglätteten Wert der elektrischen Last des Fahrzeuges subtrahiert werden, um den laufenden Last-Befehlswert zu erhalten, der zu dem Brennstoffzellensystem zugeführt wird.
In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen weist das Brennstoffzellensystem ein Reformsystem auf, wobei aber diese Erfindung auch auf ein Fahrzeug angewandt werden kann, das ein Brennstoffzellensystem aufweist, das ein Wasserstoffspeichersystem aufweist.
Außerdem ist diese Erfindung nicht auf ein Brennstoffzellenfahrzeuge begrenzt und kann auch auf eine Reihe von Hybridfahrzeugen angewandt werden, wobei ein Generator durch eine Brennkraftmaschine angetrieben wird. Z. B. kann diese Erfindung auf eine Reihe von Hybridfahrzeugen, die in der 13 gezeigt sind, angewandt werden. Ein Motor 301 wird durch Kraftstoff gefahren, der aus einem Kraftstofftank 300 zugeführt wird, wobei ein Generator 302 durch den Motor 301 angetrieben wird und die Energie, die durch den Generator 302 erzeugt wird, wird in die Batterie 112 oder den Motor 113 über den Energieregler 114 zugeführt. Die Kombination der Brennkraftmaschine 301 und des Generators 302 entspricht dem Brennstoffzellensystem 150 der zuvor vorgestellten Ausführungsbeispiele und die Erfindung kann angewandt werden.
In den zuvor vorgestellten Ausführungsbeispielen wurde die Energieverwaltung nur insoweit in die Überlegung einbezogen, wie sie auf die laufende Last angewandt wird, aber sie kann auch auf die geforderte Energie angewandt werden, die die Hilfsvorrichtung, z. B. eine Klimaanlage, enthält.
Obwohl die zuvor geschilderte Erfindung in Bezug auf ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt. Modifikationen und Veränderungen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele werden für diejenigen, die auf dem Gebiet der Technik Fachleute sind, im lichte der obigen Lehren auftreten. Der Umfang der Erfindung wird in Bezug auf die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

Fahrzeugsantriebssystem, aufweisend: eine Energieerzeugungsvorrichtung (150), die Energie unter Verwendung von Kraftstoff erzeugt, eine Batterie (112), die durch die Energieerzeugungsvorrichtung (150) erzeugte Energie speichert, eine rotierende Maschine (113), die das Fahrzeug unter Verwendung von Energie, zugeführt von der Energieerzeugungseinrichtung (150) und der Batterie (112), antreibt, und eine Steuerungseinrichtung (115), gekennzeichnet dadurch, dass die sich drehende Maschine (113) konfiguriert ist, Energie (Pr) zu regenerieren, wenn das Fahrzeug abgebremst wird, und die Steuerungseinrichtung konfiguriert ist, einen geglätteten Wert einer elektrischen Last des Fahrzeuges zu berechnen, der entweder einen Zeitdurchschnittswert (Pda, Pd2a) eines geforderten Wertes (Pd, Pd2) der elektrischen Last von einer momentanen Zeit zu einer vorbestimmten vorherigen Zeit, oder einen Wert, erhalten durch Hindurchgehen des geforderten Wertes (Pd, Pd2) der elektrischen Last durch einen Filter, der eine Verzögerungszeitkonstante hat, repräsentiert, Berechnen eines laufenden Last-Befehlswertes (Lc), zugeführt zu der Energieerzeugungsvorrichtung (150) auf der Grundlage des geglätteten elektrischen Lastwertes, Bestimmen eines Regenerierungszustandes der rotierenden Maschine (113), Korrigieren des laufenden Last-Befehlswertes (Lc) auf der Grundlage des Regenerierungszustandes der rotierenden Maschine (113), Steuern der Energieerzeugungsvorrichtung (150) auf der Grundlage des korrigierten laufenden Last-Befehlswertes, Berechnen der Energie (Pr), regeneriert durch die rotierende Maschine (113) und Korrigieren des laufenden Last-Befehlswertes (Lc), so dass der laufende Last-Befehlswert (Lc) ein Wert ist, erhalten durch Subtrahieren der regenerierten Energie (Pr) aus dem geglätteten elektrischen Lastwert.
Fahrzeugsantriebssystem, aufweisend: eine Energieerzeugungsvorrichtung (150), die Energie unter Verwendung von Kraftstoff erzeugt, eine Batterie (112), die durch die Energieerzeugungseinrichtung (150) erzeugte Energie speichert, eine rotierende Maschine (113), die das Fahrzeug unter Verwendung von Energie, zugeführt von der Energieerzeugungseinrichtung (150) und der Batterie (112), antreibt, und eine Steuerungseinrichtung (115), dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende Maschine (113) konfiguriert ist, Energie (Pr) zu regenerieren, wenn das Fahrzeug abgebremst wird, und die Steuerungseinrichtung konfiguriert ist, einen geglätteten Wert einer elektrischen Last des Fahrzeuges zu berechnen, der entweder einen Zeitdurchschnittswert (Pda, Pd2a) eines geforderten Wertes (Pd, Pd2) der elektrischen Last von einer momentanen Zeit zu einer vorbestimmten vorherigen Zeit, oder einen Wert, erhalten durch Hindurchgehen des geforderten Wertes (Pd, Pd2) der elektrischen Last durch einen Filter, der eine Verzögerungszeitkonstante hat, repräsentiert, Berechnen eines laufenden Last-Befehlswertes (Lc), zugeführt zu der Energieerzeugungsvorrichtung (150) auf der Grundlage des geglätteten elektrischen Lastwertes, Bestimmen eines Regenerierungszustandes der rotierenden Maschine (113), Korrigieren des laufenden Last-Befehlswertes (Lc) auf der Grundlage des Regenerierungszustandes der rotierenden Maschine (113), Steuern der Energieerzeugungsvorrichtung (150) auf der Grundlage des korrigierten laufenden Last-Befehlswertes, und Korrigieren des Lauflast-Befehlswertes, so dass der laufende Last-Befehlswert ein Wert ist, der dem Fahren bei Leerlauf oder dem Stopp entspricht, wenn die rotierende Maschine (113) Energie regeneriert.
Fahrzeugsantriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (115) außerdem konfiguriert ist, eine Gewichtung der regenerierten Energie vorzunehmen, wenn die regenerierte Energie von der geglätteten elektrischen Last subtrahiert wird.
Fahrzeugsantriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (115) außerdem konfiguriert ist, den laufenden Last-Befehlswert (Lc) zu korrigieren, so dass eine Ladungsmenge der Batterie (112) geringer oder gleich zu einer vorbestimmten Ladungsenergie (Pc) der Batterie (112) ist.
Fahrzeugsantriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (115) außerdem konfiguriert ist, die gestattete Ladungsenergie (Pc) der Batterie (112) auf der Grundlage eines Ladungszustandes (SoC) der Batterie (112) zu berechnen.
Fahrzeugsantriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (115) außerdem konfiguriert ist, die gestattete Ladungsenergie (Pc) der Batterie (112) auf der Grundlage einer Temperatur (Tb) der Batterie (112) zu berechnen.
Fahrzeugsantriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (115) außerdem konfiguriert ist, die Batterieladungsenergie durch Subtrahieren des elektrischen Lastwertes von einem Wert, der der laufenden Last der Energieerzeugungseinrichtung (150) entspricht, zu berechnen.
Fahrzeugsantriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (115) außerdem konfiguriert ist, den laufenden Last-Befehlswert (Lc) entsprechend eines Ladungszustandes (SoC) der Batterie (112) zu korrigieren.
Fahrzeugsantriebssystem nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (115) außerdem konfiguriert ist, den laufenden Last-Befehlswert (Lc) entsprechend einer Temperatur (Tb) der Batterie (112) zu korrigieren.
Fahrzeugsantriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (115) außerdem konfiguriert ist, einen Gewichtungsgrad auf der Grundlage eines Ladungszustandes (SoC) der Batterie (112) zu modifizieren.
Fahrzeugsantriebssystem nach Anspruch 3 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (115) außerdem konfiguriert ist, einen Gewichtungsgrad auf der Grundlage eines Ladungszustandes (SoC) der Batterie (112) zu modifizieren.
Fahrzeugsantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugungsvorrichtung (150) eine Brennstoffzelle (107) aufweist, die Energie unter Verwendung von Wasserstoff und Luft erzeugt.
Fahrzeugsantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugungsvorrichtung (150) eine Brennkraftmaschine (301) und einen Generator (302), angetrieben durch den Motor (301), aufweist.
Fahrzeugsantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (115) außerdem konfiguriert ist, die Energie (Pr), regeneriert durch die rotierende Maschine (113) auf der Grundlage eines Bremszustandes des Fahrzeuges, zu berechnen.
Fahrzeugsantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch einen Sensor (117), der den Niederdrückbetrag des Gaspedals (APO) erfasst, und einen Sensor (118), der eine Fahrzeuggeschwindigkeit (VSP) erfasst, und wobei die Steuerungseinrichtung (115) außerdem bestimmt ist, zum: Berechnen des elektrischen Lastwertes des Fahrzeuges auf der Grundlage des Niederdrückbetrag des Gaspedals (APO) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (VSP).