DE60318381T2 - Steuerungsgerät für ein Brennstoffzellen-Fahrzeug - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • Eine Festpolymermembran-Brennstoffzelle umfasst herkömmlich z. B. Zellen, die durch Einfügen einer Festpolymerelektrolytmembrane zwischen einer Brennstoffelektrode (Anode) und einer Sauerstoffelektrode (Kathode) ausgebildet sind, wobei eine Vielzahl solcher Zellen in einem Stapel angeordnet sind. Der Brennstoffelektrode wird als Brennstoff Wasserstoff zugeführt, und der Sauerstoffelektrode wird als Oxidationsmittel Sauerstoff zugeführt, und Wasserstoffionen, die durch eine katalytische Reaktion an der Brennstoffelektrode erzeugt werden, treten durch die Festpolymerelektrolytmembrane hindurch und wandern zur Sauerstoffelektrode, wo sie eine elektrochemische Reaktion mit dem Sauerstoff an der Sauerstoffelektrode bewirken und Elektrizität erzeugen.
  • Als ein Brennstoffzellenfahrzeug, das mit einer solchen Brennstoffzelle als Antriebskraftquelle versehen ist, ist bislang ein Brennstoffzellenfahrzeug bekannt geworden, das mit einem Kondensator ausgestattet ist, der z. B. einen elektrischen Doppelschichtkondensator oder einen Elektrolytkondensator oder dgl. aufweist, und aufgebaut ist, um die von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie zu speichern und die elektrische Energie auf den Fahrmotor zu übertragen (siehe z. B. JP-2001-357865 A ).
  • In einem solchen Brennstoffzellenfahrzeug ist der Kondensator parallel zur Brennstoffzelle über einen Ausgabecontroller verbunden, der den Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle steuert/regelt, und der Ausgabesteuerungsvorgang, wie etwa ein Zerhackervorgang oder dgl., des Ausgabecontrollers, der z. B. eine Energiewandlerschaltung vom Zerhackertyp aufweist, wird entsprechend dem Zustand z. B. des Brennstoffzellenfahrzeugs, der Brennstoffzelle oder des Kondensators geregelt.
  • In der Praxis wird, wenn ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß dem Beispiel der vorgenannten herkömmlichen Technologie gestartet wird, ein Luftkompressor oder dgl., der der Brennstoffzelle Reaktionsgas zuführt, durch von dem Kondensator zugeführte Energie betrieben. Weil daher die Brennstoffzelle direkt mit dem Kondensator verbunden ist, dessen Klemmenspannung aufgrund der Entladung abgefallen ist, fließt ein zu starker Strom abrupt von der Brennstoffzelle zu dem Kondensator, und die Klemmenspannung der Brennstoffzelle fällt stark ab. Um dies zu verhindern, wird ein Stromwert des von der Brennstoffzelle abgenommenen Ausgangsstroms durch den Leistungsregler auf einen Wert unterhalb eines vorbestimmten Werts beschränkt, bis die Spannungsdifferenz zwischen der Brennstoffzellenklemmenspannung und der Kondensatorklemmenspannung niedriger als eine vorbestimmte Spannungsdifferenz geworden ist, einschließlich null. Dann wird der Kondensator mit dem Ausgangsstrom von der Brennstoffzelle, der auf weniger als den vorbestimmten Wert beschränkt ist, geladen, und nachdem die Klemmenspannungsdifferenz und der Klemmenspannungen der Brennstoffzelle und des Kondensators niedriger geworden sind als der vorbestimmte Wert, wird die Beschränkung des Ausgangsstroms aufgehoben. In anderen Worten, die Brennstoffzelle und der Kondensator werden direkt verbunden, wonach die Antriebsenergie dem Fahrmotor zugeführt wird.
  • Die EP 1 207 578 A offenbart eine Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, welche eine Abnahme der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle verhindert, indem sie eine Überschussmenge von Reaktionsgas der Brennstoffzelle zuführt und indem sie einen Ausgangsstrom zu dem Kondensator begrenzt, wenn das Potenzial des Kondensators wesentlich niedriger ist als das Potenzial der Brennstoffzelle. Wenn Energie von der Brennstoffzelle dem Antriebsmotor zugeführt wird, wird die Energie dem Antriebsmotor zugeführt, während die Brennstoffzelle direkt mit dem Kondensator verbunden wird.
  • Jedoch wird der Kondensator, dessen Klemmenspannung aufgrund der Entladung zum Starten der Brennstoffzelle abgefallen ist, mit der von der Brennstoffzelle erzeugten Energie geladen, und die Bewegung des Fahrzeugs wird verhindert, bis die Spannungsdifferenz zwischen der Kondensatorklemmenspannung und der Brennstoffzellenklemmenspannung niedriger ist als die vorbestimmte Spannungsdifferenz. Daher ist es erwünscht, eine frühere Bewegung des Brennstoffzellenfahrzeugs zu ermöglichen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung berücksichtigt die obige Situation mit dem Ziel, eine Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug bereitzustellen, welche in der Lage ist, die Zeit zu reduzieren, die für den Betriebsbeginn des Brennstoffzellenfahrzeugs erforderlich ist, während der Schutz der Brennstoffzelle erhalten bleibt, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug gestartet wird.
  • Zur Lösung der vorgenannten Probleme und zum Erreichen des genannten Ziels ist eine Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß Anspruch 1 eine Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug, versehen mit: einem Fahrmotor, der zum Antrieb des Fahrzeugs in der Lage ist, einer Brennstoffzelle, die mit Reaktionsgas versorgt wird, um aus einer elektrochemischen Reaktion Energie zu erzeugen, einem Kondensator, der mit der erzeugten Energie der Brennstoffzelle und der regenerativen elektrischen Energie des Fahrmotors geladen wird, sowie einer Reaktionsgaszufuhrvorrichtung (z. B. dem S/C-Ausgabecontroller 17, dem Luftkompressor 18, dem Wasserstofftank 19a, dem Wasserstoffzufuhrventil 19b und der Steuerungsvorrichtung 20 in der Ausführung), die das Reaktionsgas der Brennstoffzelle zuführt; dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: eine Energieerzeugungsstartvorrichtung (z. B. Schritt S01 in der Ausführung), die die Reaktionsgaszufuhrvorrichtung mit der von dem Kondensator zugeführten Energie antreibt, um die Energieerzeugung der Brennstoffzelle zu starten, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug gestartet wird; eine Kondensatorladevorrichtung (z. B. Schritt S03 in der Ausführung), welche den Kondensator mit der von der Brennstoffzelle erzeugten Energie lädt, wenn aufgrund der Energiezufuhr zu der Reaktionsgaszufuhrvorrichtung eine Klemmenspannung abgefallen ist; eine Ausgangsspannungsschätzvorrichtung (z. B. Schritt S04 in der Ausführung), die die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle schätzt, welche abfällt, wenn nach Beginn der Stromerzeugung durch die Brennstoffzelle dem Fahrmotor von der Brennstoffzelle Strom zugeführt wird; eine Klemmenspannungserfassungsvorrichtung (z. B. den Kondensatorspannungssensor 24 in der Ausführung), der die Klemmenspannung des Kondensators erfasst; sowie eine Fahrmotorantriebszulassungsvorrichtung (z. B. Schritt S05 und S06 in der Ausführung), die die Energiezufuhr von der Brennstoffzelle zu dem Fahrmotor erlaubt, wenn erfasst wird, dass die Kondensatorklemmenspannung gleich oder größer als die von der Ausgangsspannungsschätzvorrichtung geschätzte Ausgangsspannung dieser Brennstoffzelle ist.
  • Wenn gemäß der Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug der obigen Konfiguration das Brennstoffzellenfahrzeug gestartet wird, treibt die Energieerzeugungsstartvorrichtung zuerst die Reaktionsgaszufuhrvorrichtung durch Energiezufuhr von den Kondensator an, sodass das Reaktionsgas der Brennstoffzelle zugeführt wird und die Stromerzeugung beginnt. Hier schätzt die Ausgangsspannungsschätzvorrichtung die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle dann, wenn in einem Zustand, in dem z. B. der Stromwert des Ausgangsstroms der Brennstoffzelle auf weniger als den vorbestimmten Wert einschließlich null beschränkt ist, dem Fahrmotor von der Brennstoffzelle Energie zugeführt wird, entsprechend z. B. der Betätigung des Gaspedals durch den Fahrer, und das Brennstoffzellenfahrzeug fährt. In anderen Worten, die Ausgangsspannungsschätzvorrichtung schätzt die Energiemenge, die in den Fahrmotor fließt, und den Abfall der Ausgangsspannung basierend auf der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle, die vor dem Beginn des Stromflusses zu dem Fahrmotor von der Brennstoffzelle erfasst wird, und dem Betrag der Gaspedalbetätigung durch den Fahrer.
  • Dann erlaubt die Fahrmotorantriebszulassungsvorrichtung den Energiefluss zu dem Fahrmotor in einem Zustand, wo der Kondensator, dessen Klemmenspannung aufgrund der Entladung beim Start der Brennstoffzelle abgefallen ist, durch die Kondensatorladevorrichtung geladen wird, z. B. durch geeignetes Beschränken des Ausgangsstroms von der Brennstoffzelle zu dem Zeitpunkt, wenn die Kondensatorklemmenspannung die geschätzte Ausgangsspannung erreicht.
  • Im Ergebnis ist das Brennstoffzellenfahrzeug in der Lage, die Fahrt früher zu beginnen im Vergleich zu dem Fall, wo der Kondensator z. B. durch den beschränkten Ausgangsstrom der Brennstoffzelle geladen wird, und die Energiezufuhr zu dem Fahrmotor wird nicht erlaubt, bis später die Spannungsdifferenz zwischen der Brennstoffzellenausgangsspannung und der Kondensatorklemmenspannung niedriger als der vorbestimmte Wert geworden ist, in anderen Worten, bis die Klemmenspannung des Kondensators später die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle erreicht hat.
  • Ferner ist eine Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannungsschätzvorrichtung die geschätzte Ausgangsspannung basierend auf einer vorbestimmten Akzeleratoröffnung in Bezug auf den Gaspedalbetätigungsbetrag durch einen Fahrer des Fahrzeugs schätzt.
  • Gemäß der Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug der obigen Konfiguration schätzt die Ausgangsspannungsschätzvorrichtung die geschätzte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle nach dem Beginn des Energieflusses zu dem Fahrmotor z. B. basierend auf dem Gaspedalbetätigungsbetrag durch den Fahrer, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug zuletzt gestartet wurde, einem bisherigen Verlauf des Gaspedalbetätigungsbetrags durch den Fahrer für dann, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug vor dem letzten Start gestartet wurde, oder einem vorbestimmten Gaspedalbetätigungsbetrag (z. B. dem Gaspedalbetätigungsbetrag entsprechend einer Akzeleratoröffnung von 100% oder 50%, wobei 100% vollständig offen ist).
  • Im Ergebnis kann zumindest die zu dem Fahren des Brennstoffzellenfahrzeugs erforderliche Ausgangsleistung sichergestellt werden, und es ist möglich, dies so einzustellen, dass die Brennstoffzelle und den Kondensator direkt gekoppelt werden können, nachdem das Brennstoffzellenfahrzeug losgefahren ist, in anderen Worten, sodass die Spannungsdifferenz zwischen der erfassten Ausgangsspannung der Brennstoffzelle und der Kondensatorklemmenspannung niedriger als die vorbestimmte Spannungsdifferenz geworden ist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm einer Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Steuerungsvorrichtung für ein in 1 gezeigtes Brennstoffzellenfahrzeug zeigt.
  • 3(a) ist ein Graph, der ein Beispiel von zeitlichen Änderungen in der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle beim Start des Brennstoffzellenfahrzeugs zeigt, und 3(b) ist ein Graph, der Beispiele von zeitlichen Änderungen in der Klemmenspannung des Kondensators beim Start des Brennstoffzellenfahrzeugs zeigt.
  • 4 ist ein Graph, der ein Beispiel von Änderungen im Strombefehl entsprechend der Temperatur von Kühlmittel, welches die Brennstoffzelle kühlt, zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Das Folgende beschreibt eine Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
  • Eine Steuerungsvorrichtung 10 für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, wie z. B. in 1 gezeigt: eine Brennstoffzelle 11, einen Strom- und Spannungscontroller 12, einen Kondensator 13, einen Ausgabecontroller 14, einen Fahrmotor 15, eine Last 16, einen S/C-Ausgabecontroller 17, einen Luftkompressor (S/C) 18, einen Wasserstofftank 19a und ein Wasserstoffzufuhrventil 19b, eine Steuerungsvorrichtung 20, einen Brennstoffzelleneinheitspannungssensor 21, einen Ausgangsstromsensor 22, einen Ausgangsspannungssensor 23, einen Kondensatorspannungssensor 24, einen Drosselöffnungssensor 21 und einen Zündschalter 32.
  • Die Brennstoffzelle 11 umfasst einen Stapel von Brennstoffzelleneinheiten, die mit einer Elektrolytelektrodenstruktur aufgebaut sind, die eine Festpolymerelektrolytmembrane hält, die aus einer positiven Ionenaustauschmembrane oder dgl. gebildet ist, die zwischen einer Brennstoffelektrode (Anode), die aus einem Anodenkatalysator und einer Gasdiffusionsschicht ausgebildet ist, und einer Sauerstoffelektrode (Kathode), die aus einem Kathodenkatalysator und einer Gasdiffusionsschicht aufgebaut ist, aufgenommen ist, und die ferner zwischen einem Paar Separatoren aufgenommen ist.
  • Die Anode der Brennstoffzelle 11 wird mit Brenngas (Reaktionsgas), das Wasserstoff enthält, von dem Hochdruckwasserstofftank 19a über das Wasserstoffzufuhrventil 19b versorgt. Wasserstoff, der durch die katalytische Reaktion an dem Anodenkatalysator der Anode ionisiert ist, wandert zu der Kathode über eine geeignete befeuchtete Festpolymerelektrolytmembrane, und Elektronen, die in Zuordnung mit dieser Wanderung freigesetzt werden, werden zu einer externen Schaltung abgeführt und als elektrische Gleichstromenergie genutzt. Die Kathode wird z. B. mit Luft als Oxidationsgas (Reaktionsgas), das Sauerstoff enthält, durch den Luftkompressor (S/C) 18 versorgt, und die Wasserstoffionen, die Elektronen und der Sauerstoff reagieren an der Kathode zur Bildung von Wasser.
  • Der von der Brennstoffzelle 11 abgenommene erzeugte Strom (Ausgabestrom) wird in den Strom- und Spannungscontroller 12 eingegeben. Der Strom- und Spannungscontroller 12 ist mit einem Kondensator 13 verbunden, der z. B. eine Vielzahl von Kondensatorzellen aufweist, die als elektrische Doppelschichtkondensatoren oder Elektrolytkondensatoren oder dgl. gebildet sind, welche in Serie miteinander verbunden sind.
  • Die Brennstoffzelle 11, der Strom- und Spannungscontroller 12 und der Kondensator 13 sind parallel zum Fahrmotor 15 über den Ausgabecontroller 14, die Last 16, die verschiedene Hilfsaggregate, z. B. eine Kühlvorrichtung für die Brennstoffzelle 11, aufweist, und den Kondensator 13 (in den Zeichnungen nicht gezeigt) und eine Klimaanlage (in den Zeichnungen nicht gezeigt) und den Luftkompressor (S/C) 18 über den S/C-Ausgabecontroller 17 verbunden.
  • Der Strom- und Spannungscontroller 12 umfasst z. B. eine Energiewandlerschaltung vom Zerhackertyp, wo der Wert des von der Brennstoffzelle 11 abgeführten Ausgangsstroms durch die Zerhackerwirkung der Energiewandlerschaltung vom Zerhackertyp gesteuert/geregelt wird, in anderen Worten durch die Ein/Aus-Funktion einer Schaltvorrichtung, die in der Energieumwandlerschaltung vom Zerhackertyp vorgesehen ist. Diese Zerhackerfunktion wird entsprechend einem Tastverhältnis gesteuert/geregelt, in anderen Worten einem Ein/Aus-Verhältnis des von der Steuervorrichtung 20 eingegebenen Steuerimpulses.
  • Wenn z. B. die Abnahme des Ausgangsstroms von der Brennstoffzelle 11 verhindert wird, resultiert die Einstellung des Tastverhältnisses des von der Steuerungsvorrichtung 20 eingegebenen Steuerpulses auf 0% darin, dass die in der Energiewandlerschaltung vom Zerhackertyp vorgesehene Schaltvorrichtung im Aus-Zustand gehalten wird, und die Brennstoffzelle 11 und der Kondensator 13 elektrisch getrennt sind. Andererseits resultiert das Einstellen des Tastverhältnisses des Steuerpulses auf 100% darin, dass die Schaltvorrichtung im Ein-Zustand gehalten wird mit der Wirkung, dass die Brennstoffzelle 11 und der Kondensator 13 direkt verbunden werden. Somit nimmt die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle und die Klemmenspannung des Kondensators 13 den gleichen Wert ein.
  • Wenn ferner das Tastverhältnis des Steuerpulses geeignet zwischen 0% und 100% eingestellt wird, begrenzt der Strom- und Spannungscontroller 12 den Ausgangsstrom von der Brennstoffzelle 11, in anderen Worten, den Primärstrom, nach Bedarf entsprechend dem Tastverhältnis des Steuerpulses, und der so erhaltene begrenzte Strom wird als Sekundärstrom ausgegeben.
  • Der Ausgabecontroller 14 ist z. B. mit einem PWM-Umformer versehen, der Pulsweitenmodulation (PWM) verwendet und die Antriebs- und Regenerationswirkung des Fahrmotors 15 entsprechend Steuerbefehlen, die von der Steuervorrichtung 20 ausgegeben werden, steuert/regelt. Wenn z. B. der Fahrmotor 15 antreibt, wird die von dem Strom- und Spannungscontroller 12 und dem Kondensator 13 ausgegebene Gleichstromenergie, basierend auf dem von der Steuervorrichtung 20 eingegebenen Drehmomentbefehl, in Dreiphasenwechselstromenergie umgewandelt und dem Fahrmotor 15 zugeführt. Andererseits wird während der Regeneration mit dem Fahrmotor 15 die von dem Fahrmotor 15 ausgegebene Dreiphasenwechselstromenergie in Gleichstromenergie umgewandelt und dem Kondensator 13 zugeführt, um den Kondensator 13 zu laden.
  • Der Fahrmotor 15 ist z. B. ein Dreiphasenwechselstromsynchronmotor vom Permanentmagnettyp, der einen Permanentmagneten als Magnetfeld verwendet, und der durch die von dem Ausgabecontroller 14 zugeführte Dreiphasenwechselstromenergie angetrieben und gesteuert/geregelt wird. Wenn darüber hinaus während der Verzögerung des Fahrzeugs Antriebsenergie von den Antriebsrädern auf den Fahrmotor 15 übertragen wird, fungiert der Fahrmotor 15 als Generator, der sogenannte regenerative Bremsleistung erzeugt, welche die kinetische Energie des Fahrzeugs in der Form elektrischer Energie wiedergewinnt.
  • Darüber hinaus nimmt der Luftkompressor 18 z. B. Luft von außerhalb des Fahrzeugs auf, verdichtet sie und führt diese Luft der Kathode der Brennstoffzelle 11 als Reaktionsgas zu.
  • Die Drehzahl des Motors (in den Zeichnungen nicht gezeigt), der diesen Luftkompressor 18 antreibt, wird durch den S/C-Ausgabecontroller 17 geregelt, der z. B. mit einem PWM-Umformer versehen ist, der Pulsweitenmodulation (PWM) verwendet, basierend auf Steuerbefehlen, die von der Steuervorrichtung 20 ausgegeben werden.
  • Die Steuervorrichtung 20 gibt den Befehlswert für den Fluss des Reaktionsgases, das von dem Luftkompressor 18 der Brennstoffzelle 11 zugeführt wird, und den Befehlswert für die Öffnung des Wasserstoffzufuhrventils 19b z. B. basierend auf dem Betriebszustand des Fahrzeugs, der Wasserstoffkonzentration in dem der Anode der Brennstoffzelle 11 zugeführten Reaktionsgases, der Wasserstoffkonzentration in dem von der Anode der Brennstoffzelle 11 abgegebenen Gas und dem Zustand der Energieerzeugung der Brennstoffzelle 11, z. B. der Klemmenspannung jeder der Vielzahl von Brennstoffzelleneinheiten und dem von der Brennstoffzelle 11 abgeführten Ausgangsstrom, aus, um hierdurch den Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle 11 zu steuern/zu regeln.
  • Ferner gibt die Steuervorrichtung 20 Steuerpulse aus, um den Energieumwandlungsbetrieb des Strom- und Spannungscontrollers 12 zu regeln, basierend auf einem Energieerzeugungsbefehl für die Brennstoffzelle 11, um hierdurch den Wert des von der Brennstoffzelle 11 ausgegebenen Stroms zu steuern/zu regeln.
  • Darüber hinaus steuert/regelt die Steuervorrichtung 20 den Energieumwandlungsbetrieb des PWM-Umformers, der in dem Ausgabecontroller 14 vorgesehen ist, und berechnet, wenn z. B. der Fahrmotor 15 antreibt, einen Drehmomentbefehl basierend auf einem Signal für die Drosselöffnung, die dem Druckbetrag des Gaspedals durch den Fahrer zugeordnet ist. Die Steuervorrichtung 20 gibt dann diesen Drehmomentbefehl in den Ausgabecontroller 14 ein. Im Ergebnis wird ein dem Drehmomentbefehl entsprechendes Pulsweitenmodulationssignal in den PWM-Umformer eingegeben, und es werden verschiedene Phasenströme, die zum Erzeugen des angeforderten Drehmoments erforderlich sind, an jede Phase des Fahrmotors 15 ausgegeben.
  • Ferner steuert/regelt die Steuervorrichtung 20 den Regenerationsbetrieb des Fahrmotors 15 basierend auf dem Zustand des Kondensators 13, z. B. der Temperatur des Kondensators 13, der Gesamtspannung, welche die Summe der Kondensatoreinheitspannungen der Vielzahl von Kondensatoreinheiten ist, in anderen Worten, des erfassten Werts der Klemmenspannung des Kondensators 13 oder dgl.
  • Daher wird in die Steuervorrichtung 20 z. B. eingegeben: ein Erfassungssignal, das von dem Brennstoffzelleneinheitspannungssensor 21 ausgegeben wird, der die Klemmenspannung (die Brennstoffzelleneinheitspannung) der Vielzahl von Brennstoffzelleneinheiten erfasst, welche die Brennstoffzelle 11 aufweist; ein Erfassungssignal, das von dem Ausgangsstromsensor 22 ausgegeben wird, der den Wert des von der Brennstoffzelle 11 abgenommenen Ausgangsstroms erfasst; ein Erfassungssignal, das von dem Ausgangsspannungssensor 23 ausgegeben wird, der die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 11 erfasst; ein Erfassungssignal, das von dem Kondensatorspannungssensor 24 ausgegeben wird, der der Klemmenspannung des Kondensators 13 erfasst, ein Erfassungssignal, das von dem Kondensatortemperatursensor (in den Zeichnungen nicht gezeigt) ausgegeben wird, der die Temperatur des Kondensators 13 erfasst; ein Erfassungssignal, das von dem Drosselöffnungssensor 31 ausgegeben wird; sowie ein Signal, das von einem Zündschalter 32 ausgegeben wird, der den Betriebsbeginn des Fahrzeugs anweist.
  • Ferner schätzt, wie nachfolgend beschrieben, die Steuervorrichtung 20 die Ausgangsspannung (die geschätzte Ausgangsspannung) der Brennstoffzelle 11 unmittelbar nach Fahrbeginn des Fahrzeugs in dem Zustand, wo, während im Leerlaufladezustand beim Start des Brennstoffzellenfahrzeugs, in anderen Worten, dem Zustand, worin die Energieerzeugung durch die Brennstoffzelle 11 fortgeführt wird, der Wert des von der Brennstoffzelle 11 abgenommenen Ausgangsstroms auf einen geeigneten Wert durch den Strom- und Spannungscontroller 12 beschränkt wird und der Kondensator 13 mit dem beschränkten Strom geladen wird. Dann gibt die Steuervorrichtung 20 zu dem Zeitpuntk wenn erfasst wird, dass die erhöhte Klemmenspannung des Kondensators 13 aufgrund des Ladens von der Brennstoffzelle 11 über die geschätzte Ausgangsspannung gelangt, an den Ausgabecontroller 14 einen Steuerbefehl aus, der den Beginn der Stromversorgung zu dem Fahrmotor 15 anweist.
  • Die Steuervorrichtung 10 für das Brennstoffzellenfahrzeug gemäß der vorliegenden Ausführung hat die vorgenannte Konfiguration. Es folgt eine Beschreibung des Betriebs der Steuerungsvorrichtung 10 für das Brennstoffzellenfahrzeug, insbesondere den Betrieb, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug gestartet wird, in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
  • Wenn erstens der Fahrer den das Starten des Fahrzeugs anweisenden Zündschalter 32 zum Ein-Zustand stellt, dann beginnt z. B. im in 2 gezeigten Schritt S01 die Zufuhr des Reaktionsgases zur Brennstoffzelle 11. Hier wird z. B. das Wasserstoffzufuhrventil 19b zum offenen Zustand gestellt, sodass von dem Wasserstofftank 19a der Anode der Brennstoffzelle 11 Wasserstoff zugeführt wird. Darüber hinaus wird der Luftkompressor 18 mit der von dem Kondensator 13 gelieferten Energie angetrieben, um hierdurch sauerstoffhaltige Luft der Kathode der Brennstoffzelle 11 zuzuführen. Ferner wird hier das Tastverhältnis des in den Strom- und Spannungsregler 12 eingegebenen Steuerimpulses auf 0% gesetzt, sodass die Brennstoffzelle 11 und der Kondensator 13 elektrisch getrennt sind.
  • Im Ergebnis ändert sich, wie z. B. zwischen der Zeit t0 und der Zeit t1 in 3(a) gezeigt, die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 11 (z. B. die durchgehende Linie FCV in 3(a)) aufgrund der Stromerzeugung in einem zunehmenden Trend, und die Klemmenspannung des Kondensators 13 (z. B. die durchgehende Linie CAPV in 3(b)) ändert sich aufgrund der Stromversorgung zu dem S/C-Leistungsregler 17 in einem abnehmenden Trend, wie in 3(b) gezeigt.
  • Dann wird in Schritt S02 bestimmt, ob die Klemmenspannung der mehreren Brennstoffzelleneinheiten, welche die Brennstoffzelle 11 bilden, größer als oder gleich einer vorbestimmten Stromversorgungsstartspannung ist oder nicht.
  • Wenn das Bestimmungsergebnis NEIN ist, kehrt der Fluss zu Schritt S02 zurück, und der elektrisch getrennte Zustand der Brennstoffzelle 11 und des Kondensators 13 dauert fort.
  • Wenn andererseits das Bestimmungsergebnis JA ist, geht der Fluss zu Schritt S03 weiter.
  • In Schritt S03 wird das Tastverhältnis des in den Strom- und Spannungsregler 12 eingegebenen Steuerimpulses geeignet zwischen 0% und 100% eingestellt, wobei der Ausgangsstrom der Brennstoffzelle 11, der der Primärstrom ist, entsprechend dem Tastverhältnis dieses Steuerimpulses geeignet eingeschränkt wird, und der eingeschränkte Strom der Seite des Kondensators 13 als Sekundärstrom zugeführt wird. Hier wird der Stromerzeugungsbefehl für die Brennstoffzelle 11, in anderen Worten der Strombefehl für den Ausgangsstrom der Brennstoffzelle 11, z. B. derart eingestellt, dass er sich, wie in 4 gezeigt, entsprechend der Temperatur TW des Kühlmittels zum Kühlen der Brennstoffzelle 11 verändert, und z. B. derart, dass dann, wenn die Temperatur TW des Kühlmittels auf eine vorbestimmte Temperatur #T ansteigt, der Strombefehl CI bis zu einer vorbestimmten Obergrenze #I ansteigt.
  • Im Ergebnis ändert sich, wie z. B. zwischen der Zeit t1 und der Zeit t2 in 3(b) gezeigt, die Klemmenspannung des Kondensators 13 (z. B. die durchgehende Linie CAPV in 3(b)) aufgrund der Ladung von der Brennstoffzelle 11 in einem zunehmenden Trend.
  • Dann wird in Schritt S04 ein geschätzter Wert (z. B. die Spannung V2 zur Zeit t3 in 3(a)) für die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 11 (z. B. die Zweipunktkettenlinie A in 3(a)), in anderen Worten, die geschätzte Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 11 dafür geschätzt, wenn der Fahrmotor 15 mit der von der Brennstoffzelle 11 zugeführten Energie angetrieben wird und das Fahrzeug losfährt.
  • Diese geschätzte Ausgangsspannung wird basierend auf den folgenden drei Parametern geschätzt. Dies sind: (a) der dem Fahrmotor 15 zugeführte Strombetrag, wie er basierend auf der Einstellung des Gaspedalbetätigungsbetrags bestimmt ist; z. B. dem Gaspedalbetätigungsbetrag durch den Fahrer, wenn das Fahrzeug zuletzt gestartet wurde, z. B. einem bisherigen Verlauf des Gaspedalbetätigungsbetrags durch den Fahrer, wenn das Fahrzeug vor dem letzten Start gestartet wurde, oder einem vorbestimmten Gaspedalbetätigungsbetrag (z. B. dem Gaspedalbetätigungsbetrag entsprechend einer Akzeleratoröffnung von 100% oder 50%, wobei 100% vollständig offen ist); (b) die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 11, die vor dem Beginn der Energieversorgung des Fahrmotors 15 erfasst wurde (z. B. die in 3(a) gezeigte Spannung V1 zur Zeit t1, wobei V1 > V2); und (c) der Abfall der Ausgangsspannung, erhalten aus den vorbestimmten Charakteristiken (IV-Charakteristiken) des Ausgangsstroms und der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 11. Hier sind die IV-Charakteristiken der Brennstoffzelle 11 bekannt, sodass die erzeugte Spannung abnimmt, wenn der erzeugte Strom zunimmt, und es möglich ist, den Abfall der von der Brennstoffzelle 11 erzeugten Spannung entsprechend dem Strom, der der elektrischen Last einschließlich dem Fahrmotor 15 zugeführt wird, zu schätzen.
  • Dann wrd in Schritt S05 bestimmt, ob die Klemmenspannung des Kondensators 13 größer als oder gleich der vorbestimmten geschätzten Ausgangsspannung ist oder nicht.
  • Wenn das Bestimmungsergebnis NEIN ist, kehrt der Fluss zu Schritt S05 zurück, und das Laden des Kondensators 13 geht weiter, wobei der Ausgangsstrom der Brennstoffzelle 11 beschränkt ist.
  • Wenn andererseits das Bestimmungsergebnis JA ist, wie z. B. zur Zeit t2 in 3(b) gezeigt, wo die Klemmenspannung des Kondensators 13 (z. B. die durchgehende Linie CAPV in 3(b)) die vorbestimmte geschätzte Ausgangsspannung (z. B. Spannung V2) aufgrund des Ladens erreicht, dann geht der Fluss zu Schritt S06 weiter.
  • In Schritt S06 beginnt die Zufuhr die Antriebsenergie für den Fahrmotor 15, in anderen Worten, das Fahrzeug kann losfahren.
  • Dann wird in Schritt S07 der Energieerzeugungsbefehl, entsprechend z. B. der Drosselöffnung, die der Gaspedalbewegung durch den Fahrer zugeordnet ist, an den Strom- und Spannungsregler 12 und den S/C-Ausgangsregler 17 ausgegeben, und der der Drosselöffnung oder dgl. entsprechende Drehmomentbefehl wird an den Ausgabecontroller 14 ausgegeben, um hierdurch den Fahrmotor 15 mit der von der Brennstoffzelle 11 zugeführten Energie anzutreiben.
  • Dann wird in Schritt S08 bestimmt, ob die Abweichung zwischen der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 11 und der Klemmenspannung des Kondensators 13 kleiner als eine vorbestimmte Abweichung ist oder nicht.
  • Wenn das Bestimmungsergebnis NEIN ist, endet die Prozesssequenz.
  • Wenn andererseits das Bestimmungsergebnis JA ist, geht der Fluss zu Schritt S09 weiter.
  • In Schritt S09 wird das Tastverhältnis des in den Strom- und Spannungscontroller 12 eingegebenen Steuerpulses auf 100% gesetzt, wobei die Brennstoffzelle 11 und der Kondensator 13 in den direkt verbundenen Zustand gebracht werden und die Prozesssequenz endet.
  • Wie oben beschrieben, ist es gemäß der Steuerungsvorrichtung 10 für ein Brennstoffzellenfahrzeug der vorliegenden Ausführung möglich, die Spannung der Brennstoffzelle 11 (die geschätzte Ausgangsspannung) vorherzusagen, welche aufgrund der Energiezufuhr zum Fahrmotor 15 abfällt, und dem Fahrmotor 15 zu dem Zeitpunkt Antriebsenergie zuzuführen, wenn die Klemmenspannung des Kondensators 13 die geschätzte Ausgangsspannung erreicht (z. B. Zeit t3 in 3(b)), sodass das Brennstoffzellenfahrzeug rasch losfährt.
  • In anderen Worten ist das Brennstoffzellenfahrzeug in der Lage, früher lozufahren als in dem Fall, wo die Energiezufuhr zu dem Fahrmotor 15 zu dem Zeitpunkt beginnt (z. B. Zeitpunkt t4 in 3(b), wobei t4 > t2), wenn die Klemmenspannung (z. B. die Einzelpunktkettenlinie B in 3(b)) des Kondensators 13, der mit dem geregelten Ausgangsstrom der Brennstoffzelle 11 geladen wird, einen Wert erreicht, der der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 11 äquivalent ist (z. B. Spannung V1).
  • Im Vergleich zu dem Fall, wo der Kondensator 13 geladen wird, während z. B. die Energiezufuhr von der Brennstoffzelle 11 zu dem Fahrmotor 15 verhindert wird und der Kondensator 13 und die Brennstoffzelle 11 in den direkt verbundenen Zustand gebracht sind, nachdem die Klemmenspannung des Kondensators 13 die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 11 erreicht hat, können darüber hinaus der Kondensator 13 und die Brennstoffzelle 11 früher in den direkt verbundenen Zustand gebracht werden, und das Brennstoffzellenfahrzeug kann geeignet betrieben werden.
  • In der oben beschriebenen vorliegenden Ausführung wird die geschätzte Ausgangsspannung basierend auf dem Einstellwert für den Gaspedalbetätigungsbetrag, den Abfall der Ausgangsspannung, der aus den IV-Charakteristika erhalten wird, und der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 11, die vor dem Beginn der Energiezufuhr zu dem Fahrmotor 15 erfasst wird, geschätzt. Jedoch schränkt dies nicht ein, und die geschätzte Ausgangsspannung kann auch basierend auf einer vorbestimmten Ausgangsspannung geschätzt werden, anstatt z. B. dem Ausgangswert der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 11, der vor dem Beginn der Energieversorgung erfasst wird.
  • Wie oben beschrieben, ist gemäß der Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 1 das Brennstoffzellenfahrzeug in der Lage, früher loszufahren als in dem Fall, wo die Energiezufuhr zu dem Fahrmotor 15 beginnt, nachdem z. B. die Klemmenspannung des Kondensators der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 11 erreicht hat.
  • Darüber hinaus ist es gemäß der Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung möglich, zumindest die Ausgangsleistung sicherzustellen, die für die Fahrt des Brennstoffzellenfahrzeugs erforderlich ist, und so einzustellen, dass die Brennstoffzelle und der Kondensator nach dem Fahrtbeginn des Brennstoffzellenfahrzeugs direkt gekoppelt werden.
  • Modifikationen und Varianten sind innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche möglich.

Claims (2)

  1. Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug, umfassend: einen Fahrmotor (15), der zum Antrieb des Fahrzeugs in der Lage ist; eine Brennstoffzelle (11), die mit Reaktionsgas versorgt wird, um aus einer elektrochemischen Reaktion Energie zu erzeugen; einen Kondensator (13), der mit der erzeugten Energie der Brennstoffzelle (11) und der regenerativen elektrischen Energie des Fahrmotors (15) geladen wird, und eine Reaktionsgaszufuhrvorrichtung (17, 18, 19a, 19b, 20), die das Reaktionsgas der Brennstoffzelle (11) zuführt; und eine Energieerzeugungsstartvorrichtung (S01), welche die Reaktionsgaszufuhrvorrichtung (17, 18, 19a, 19b, 20) mit von dem Kondensator (13) zugeführtem Strom antreibt, um die Energieerzeugung der Brennstoffzelle (11) zu starten; eine Kondensatorladevorrichtung (S03), die den Kondensator (13) mit dem von der Brennstoffzelle (11) erzeugten Strom lädt, wenn eine Klemmenspannung aufgrund einer Stromzufuhr zu der Reaktionsgaszufuhrvorrichtung (17, 18, 19a, 19b, 20) abgefallen ist; eine Ausgangsspannungsschätzvorrichtung (S04), die die Ausgangsspannung (FCV) der Brennstoffzelle (11) schätzt, welche in der Zukunft abfallen würde, wenn dem Fahrmotor (15) von der Brennstoffzelle (11) ein Strom zugeführt wird; und eine Kondensatorklemmenspannungserfassungsvorrichtung (24), die die Klemmenspannung (CAPV) des Kondensators (13) erfasst; gekennzeichnet durch eine Fahrmotorantriebszulassungsvorrichtung (S05, S06), die die Energiezufuhr von der Brennstoffzelle (11) zu dem Fahrmotor (15) erlaubt, wenn erfasst wird, dass die Kondensatorklemmenspannung (CAPV) gleich oder größer als die von der Ausgangsspannungsschätzvorrichtung (S04) geschätzte Ausgangsspannung (FCV) der Brennstoffzelle (11) ist.
  2. Steuerungsvorrichtung für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannungsschätzvorrichtung (S04) die geschätzte Ausgangsspannung (FCV) basierend auf einer vorbestimmten Akzeleratoröffnung, die sich auf einen Akzeleratorbetätigungsbetrag durch einen Fahrer des Fahrzeugs bezieht, schätzt.
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JP2002345752 2002-11-28
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014225041B4 (de) 2014-05-21 2022-12-29 Hyundai Motor Company Verfahren und System zum Steuern des Lufteinlasses eines Brennstoffzellenfahrzeugs
DE102015214630B4 (de) 2014-10-29 2023-10-19 Hyundai Motor Company Steuerverfahren und Steuersystem zum Starten eines Brennstoffzellenfahrzeugs

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8027759B2 (en) * 2002-11-29 2011-09-27 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell vehicle system
JP3891136B2 (ja) 2003-03-27 2007-03-14 日産自動車株式会社 車両用燃料電池システムの制御装置
CA2567944A1 (en) * 2004-07-12 2006-01-19 Hydrogenics Corporation Adaptive current controller for a fuel-cell system
JP4951847B2 (ja) * 2004-07-23 2012-06-13 パナソニック株式会社 燃料電池の活性化方法
JP4149463B2 (ja) * 2005-06-09 2008-09-10 本田技研工業株式会社 燃料電池車両の制御装置および燃料電池車両の制御方法
JP2007172951A (ja) * 2005-12-21 2007-07-05 Yamaha Motor Co Ltd ハイブリッド電源システム
JP2007188712A (ja) * 2006-01-12 2007-07-26 Yamaha Motor Co Ltd 燃料電池システムおよびそれを備えた電動車
JP4163222B2 (ja) * 2006-05-26 2008-10-08 本田技研工業株式会社 燃料電池車両の電源システム
JP5109360B2 (ja) * 2006-12-14 2012-12-26 オムロン株式会社 燃料電池システム
JP4995030B2 (ja) * 2006-12-22 2012-08-08 プライムアースＥｖエナジー株式会社 開閉制御装置、突入電流制限回路、及び電池付き突入電流制限回路
JP4910791B2 (ja) * 2007-03-12 2012-04-04 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
KR100897088B1 (ko) 2007-10-29 2009-05-14 현대자동차주식회사 연료전지-수퍼캡 하이브리드 차량용 파워리밋 제어방법
JP4811423B2 (ja) * 2008-03-21 2011-11-09 株式会社豊田自動織機 燃料電池型産業車両
DE102008020651B3 (de) * 2008-04-24 2009-12-31 Continental Automotive Gmbh Ansteuerschaltung für einen elektrochemischen Gassensor und Verfahren zum Einstellen eines elektrochemischen Gassensors
US9433128B2 (en) * 2009-05-26 2016-08-30 Deep Science, Llc System and method of operating an electrical energy storage device or an electrochemical energy generation device, during charge or discharge using microchannels and high thermal conductivity materials
US8802266B2 (en) 2009-05-26 2014-08-12 The Invention Science Fund I, Llc System for operating an electrical energy storage device or an electrochemical energy generation device using microchannels based on mobile device states and vehicle states
US8715875B2 (en) 2009-05-26 2014-05-06 The Invention Science Fund I, Llc System and method of operating an electrical energy storage device or an electrochemical energy generation device using thermal conductivity materials based on mobile device states and vehicle states
US20110253070A1 (en) * 2010-04-14 2011-10-20 Christopher Haring Hydrogen generator
US8990034B2 (en) * 2012-07-17 2015-03-24 GM Global Technology Operations LLC Redundancy for improved stack health monitoring reliability
JP5804205B2 (ja) * 2012-07-25 2015-11-04 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP5998755B2 (ja) * 2012-08-30 2016-09-28 マツダ株式会社 車両用電源制御装置および方法
US9141923B2 (en) 2012-09-25 2015-09-22 Bloom Energy Corporation Optimizing contractual management of the total output of a fleet of fuel cells
US11267574B2 (en) 2013-10-28 2022-03-08 The Boeing Company Aircraft with electric motor and rechargeable power source
KR101836611B1 (ko) * 2016-04-07 2018-03-09 현대자동차주식회사 연료전지차량의 시동 제어방법
JP2019154176A (ja) * 2018-03-05 2019-09-12 本田技研工業株式会社 燃料電池車両
CN112078565B (zh) * 2020-09-17 2021-07-30 奇瑞汽车股份有限公司 氢燃料电池电动汽车的能量管理方法、装置及存储介质

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5290641A (en) * 1989-10-06 1994-03-01 Fuji Electric Co., Ltd. Method of controlling operation of fuel cell power supply
JPH10271706A (ja) 1997-03-24 1998-10-09 Toyota Motor Corp 電源装置および電気自動車
JP4545285B2 (ja) * 2000-06-12 2010-09-15 本田技研工業株式会社 燃料電池車両の起動制御装置
JP3662872B2 (ja) 2000-11-17 2005-06-22 本田技研工業株式会社 燃料電池電源装置
DE10109151B4 (de) 2001-02-24 2008-04-30 Flexiva Automation & Robotik Gmbh Verfahren und System zur Regelung der Ausgangsgrößen eines Brennstoffzellen-Strom- oder -Spannungsgenerators
JP5128032B2 (ja) * 2001-07-04 2013-01-23 本田技研工業株式会社 燃料電池の運転方法
JP3719205B2 (ja) 2001-12-19 2005-11-24 トヨタ自動車株式会社 電源装置
JP2003324801A (ja) * 2002-05-01 2003-11-14 Honda Motor Co Ltd 電気自動車における電源接続方法
JP3946623B2 (ja) * 2002-11-29 2007-07-18 本田技研工業株式会社 燃料電池車両の制御装置
JP4554151B2 (ja) * 2002-11-29 2010-09-29 本田技研工業株式会社 燃料電池車両の制御装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014225041B4 (de) 2014-05-21 2022-12-29 Hyundai Motor Company Verfahren und System zum Steuern des Lufteinlasses eines Brennstoffzellenfahrzeugs
DE102014225041B8 (de) 2014-05-21 2023-04-13 Hyundai Motor Company Verfahren und System zum Steuern des Lufteinlasses eines Brennstoffzellenfahrzeugs
DE102015214630B4 (de) 2014-10-29 2023-10-19 Hyundai Motor Company Steuerverfahren und Steuersystem zum Starten eines Brennstoffzellenfahrzeugs

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