JPH0775214A - 燃料電池付き走行車における動的な出力調整方法とその装置 - Google Patents

燃料電池付き走行車における動的な出力調整方法とその装置

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料電池付き走行車の出力を発生した電気エ
ネルギを最良に利用した状態において動的に調整する方
法とその装置を提供する。 【構成】 アクセルペダル位置から求められる出力需要
から、この目標出力を準備するために燃料電池が必要と
する空気質量流量が計算され、空気配管内に配置された
圧縮機の回転数の制御によって調整される。燃料電池が
駆動ユニットがその時点で吸収できるより大きな電気出
力を発生することを防止するために、相応した欠陥信号
の送信によって駆動ユニットは制限して出力需要に作用
する。他方では駆動ユニットに導かれる出力・目標値
は、燃料電池がその時点で発生する出力より大きな出力
が駆動ユニットによって決して要求されないように補正
される。これによって燃料電池の破損は避けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、走行車に配置された燃
料電池から電気エネルギが供給される電気式駆動ユニッ
トの出力を動的に調整する方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】会報「 IEEE Transactions On Power Ap
paratus And Systems 」第８８巻、（１９６９年）第２
号における第８６〜９３頁に掲載の P.Agarwal氏著の論
文において、 燃料電池によって電気エネルギが供給さ
れる電動機によって駆動される走行車が知られている。
その電動機の出力従って走行車の出力を調整するため
に、燃料電池から供給される一定電圧を電圧変換器によ
って出力需要に関係して変換することが提案されてい
る。しかしこの方式の場合、部分負荷範囲において効率
が悪いという欠点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、燃料
電池付き走行車の出力を、発生した電気エネルギを最良
に利用した状態において動的に調整する方法とその装置
を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの目的
は冒頭に述べた形式の方法において、電気式駆動ユニッ
トにそれぞれ燃料電池から有用な最大電気出力が導か
れ、燃料電池で発生される出力が酸化体・流量の調整に
よって調整されることによって達成される。本発明の有
利な実施態様は特許請求の範囲の各請求項および発明の
詳細な説明の項に記載されている。
【０００５】走行車の出力を酸化体・質量流量により調
整することによって、あらゆる運転状態のもとで燃料電
池で用意された全電気エネルギが駆動ユニットに導か
れ、従って採用されたエネルギが最良に利用されること
が保証される。この目的のために、所定の出力・目標値
が運転パラメータに関係して制限されることも提案す
る。これによって、燃料電池が駆動ユニットがその時点
で例えば過負荷のために吸収できるより大きな電気エネ
ルギを発生することが防止される。他方では、駆動ユニ
ットにより燃料電池がその時点で供給できるより大きな
電気出力が要求されることを阻止するために、運転手か
ら駆動ユニットに伝達される目標値も勿論補正ないしは
制限されねばならない。酸化体・供給配管に回転数が調
整できる圧縮機を配置することは、酸化体・質量流量に
対する単純な調整方式となる。
【０００６】
【実施例】以下図を参照して本発明を詳細に説明する。
【０００７】図１において全体を符号１で示した燃料電
池は、弁３および圧力調整器４が配置されている第１の
供給配管２を介して燃料媒体例えば水素ガスが導入され
る。燃料電池１は更に空気フィルタ６、空気質量流量計
７および圧縮機８が配置されている第２の供給配管５を
介して酸化体好適には酸素あるいは大気が導入される。
燃料電池１において燃料は陽極において酸化され、酸化
体は陰極において還元される。この電気化学反応におい
て両電極間に電圧が生ずる。このような沢山の電池をい
わゆるスタック（積層体）の形に並列接続あるいは直列
接続することによって、走行車を駆動するために十分で
ある電圧および電流強さが得られる。
【０００８】圧縮機８を駆動するために始動モータ９お
よび電動機１０が設けられている。燃料電池１を始動す
るために始動モータ９に図示してない１２Ｖ・始動用バ
ッテリから電流が供給される。通常運転中において電動
機１０を駆動するために必要な電気エネルギは燃料電池
１自体から供給される。電動機１０の従って圧縮機８の
回転数ｎは、制御装置１２で制御される電流調整器１１
によって調整される。酸化体・質量流量ｍｉｓｔおよび
これにより燃料電池１の出力ｐＢＺは、圧縮機８の回転
数ｎに関係して影響される。
【０００９】燃料電池１からの空気の排出は第１の排出
配管１５を介して行われる。この第１の排出配管１５に
は圧力調整弁１６が配置され、この圧力調整弁１６によ
って燃料電池１において一定した運転圧力ｐが維持され
る。万一の水素ガスの堆積あるいは汚れを燃料電池１か
ら除去できるようにするために、いわゆるパージ弁１４
が配置されている第２の排出配管１３が設けられてい
る。走行車を駆動するために、第２の電流調整器１８お
よび電動機１９から成る駆動ユニット１７が設けられて
いる。
【００１０】制御装置１２は電線を介して、空気質量流
量のその時点の実際値ｍｉｓｔ、駆動ユニットの運転状
態、燃料電池１で発生された電圧Ｕおよび相応した電流
Ｉについての情報を受ける。これらの情報は制御装置１
２において処理され、それにより電流調整器１１，１
８、弁３，１４および始動モータ９に対する調整信号が
発生され、これらの信号は更に対応した配線を介して個
々の構成要素に伝達される。
【００１１】次に図２を参照して走行車における燃料電
池に対する動的な出力調整方法を説明する。この場合、
運転手はアクセルペダル位置ＦＰを介して所望出力を要
求する。そのアクセルペダル位置ＦＰから、一方では燃
料電池１の出力が空気質量流量ｍｉｓｔの調整により制
御され、他方では駆動ユニット１７に対して燃料電池１
から引き出される最大電気出力ｐｍａｘが計算される。
その出力ｐｍａｘは燃料電池１でその時点で発生される
出力ｐＢＺと補助装置にとって必要な出力ｐＺＡとの差
から生ずる。
【００１２】ブロック２０においてアクセルペダル位置
ＦＰから特性曲線を介して、運転手が要求する出力ｐｓ
ｏｌｌが求められる。燃料電池１が駆動ユニット１７が
その時点で吸収できるより大きな電気出力ｐＢＺを発生
することを防止するために、駆動ユニット１７に相応し
た欠陥信号が存在するとき、ブロック２１において出力
・目標値ｐｓｏｌｌが制限される。続いてブロック２２
において他の特性曲線を参照して出力・目標値ｐｓｏｌ
ｌから、必要な空気質量流量ｍｓｏｌｌに対する目標値
が求められる。比較器２３において空気質量流量ｍｓｏ
ｌｌに対する目標値が、加熱線・空気質量流量計７によ
って測定された実際値ｍｉｓｔと比較される。その比較
結果はＰＩ・調整器２４に導かれ、このＰＩ・調整器２
４によって、空気質量流量に対する目標値ｍｓｏｌｌと
実際値ｍｉｓｔとの差Δｍが調整される。空気質量流量
に対する新しい値からブロック２５において他の特性曲
線を参照して、圧縮機８がその空気質量流量を供給する
ときの回転数ｎが求められる。そしてこの回転数ｎは電
流調整器１１によって圧縮機８に形成される。
【００１３】駆動ユニット１７が燃料電池１がその時点
で供給できるよりも大きな出力を要求することを防止す
るために、駆動ユニット１７にはブロック２０において
アクセルペダル位置ＦＰから求められた出力需要ｐｓｏ
ｌｌは導かれず、補正出力値ｐｋｏｒｒが導かれる。こ
の補正出力・目標値ｐｋｏｒｒはブロック２８およびブ
ロック２９において求められる。詳しくはブロック２８
において実際に測定された空気質量流量ｍｉｓｔから特
性曲線を参照して、この空気質量流量ｍｉｓｔにおいて
燃料電池１が発生する実際の出力ｐｍａｘが求められ
る。その特性曲線は、実際の出力ｐｍａｘが燃料電池の
最大出力ｐＢＺよりも燃料電池１の破壊が確実に避けら
れるように低いように選択されている。従ってブロック
２９において特性曲線によって燃料電池１の温度Ｔから
実際に供給できる電気出力ｐＴが求められる。ブロック
２８，２９で求められた実際に供給できる出力ｐｍａｘ
とｐＴは互いに比較され、低い方の値が駆動ユニット１
７に補正出力・目標値ｐｋｏｒｒとして導かれる。
【００１４】即ちこの方法は原理的には、燃料電池１に
おいて常に運転手が要求した出力需要ｐｓｏｌｌを用意
するために必要な電気出力が丁度発生されるように作動
する。この場合燃料電池１の出力ｐＢＺは圧縮機・回転
数ｎの調整従って空気質量流量ｍｉｓｔの調整によって
達成される。しかし補助的に二つの安全策がこの方法に
組み入れられている。一つにはブロック２１において要
求された出力ｐｓｏｌｌを制限することによって、燃料
電池１が駆動ユニット１７がその時点で吸収できるより
も大きな電気出力を発生することが防止される。例えば
駆動ユニット１７は、過熱の際、過速度の際あるいは他
の機能障害が発生した際に相応した欠陥信号をブロック
２１に送る。
【００１５】もう一つにはブロック２８，２９における
要求された出力の補正は、駆動ユニット１７が燃料電池
１がその時点で供給するよりも大きな出力を受けること
を防止する。燃料電池１の破壊を防止するために、場合
によっては駆動ユニット１７には減少された出力需要ｐ
ｋｏｒｒが模擬される。このことは特にアクセルペダル
が衝撃的に圧し下げられたときに生ずる。この場合燃料
電池１は直ちに、駆動ユニット１７が要求された駆動出
力ｐｓｏｌｌを準備するために必要とする程大きな電気
出力を供給しない。燃料電池１が必要な出力ｐｓｏｌｌ
を供給するまでに存在する時間において、駆動ユニット
１７には、その時点の供給できる最大出力ｐｍａｘに相
応する出力需要ｐｋｏｒｒが模擬される。これによって
駆動ユニット１７は常に供給できる最大電気出力ｐｍａ
ｘに従って運転手が実際に望む出力ｐｓｏｌｌに近づけ
られる。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、燃料電池が駆動ユニッ
トがその時点で吸収できるより大きな電気出力を発生す
ることが防止され、燃料電池がその時点で発生する出力
より大きな出力が駆動ユニットによって決して要求され
ないようにされ、これによって燃料電池の破損が避けら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】走行車に配置される燃料電池・系統の原理的な
系統図。
【図２】走行車に配置される燃料電池の出力を調整する
ための本発明に基づく方法のブロック線図。
【符号の説明】
１ 燃料電池 ２ 第１の供給配管 ５ 第２の供給配管 ８ 圧縮機 １７ 駆動ユニット ２３ 比較器
フロントページの続き (72)発明者 カール・エルンスト ノライカート ドイツ連邦共和国 73733 エスリンゲン ハイデシユトラーセ １／２ (72)発明者 トーマス クライバー ドイツ連邦共和国 1384 ワインシユタツ ト フライトルシユトラーセ ６ (72)発明者 ウオルフラム フレツク ドイツ連邦共和国 89155 エルバツハ パノラマウエーク 12

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 走行車に配置された燃料電池から電気エ
    ネルギが供給される電気式駆動ユニットの出力を動的に
    調整する方法において、電気式駆動ユニット（１７）に
    それぞれ燃料電池（１）から有用な最大電気出力（ｐｍ
    ａｘ）が導かれ、燃料電池（１）で発生される出力（ｐ
    ＢＺ）が酸化体・流量（ｍｉｓｔ）の調整によって調整
    されることを特徴とする燃料電池付き走行車における動
    的な出力調整方法。
  2. 【請求項２】 アクセルペダル位置（ＦＰ）から出力・
    目標値（ｐｓｏｌｌ）が求められ、燃料電池（１）が出
    力・目標値（ｐｓｏｌｌ）を発生するために必要とする
    酸化体・質量流量（ｍｓｏｌｌ）が求められ、調整回路
    の比較器（２３）に目標値として導かれ、その時点で流
    れる酸化体・質量流量（ｍｉｓｔ）が求められ、調整回
    路の比較器（２３）に実際値として導かれ、その比較器
    （２３）が質量流量・目標値（ｍｓｏｌｌ）と質量流量
    ・実際値（ｍｉｓｔ）との差から、零に調整される差質
    量流量（Δｍ）を決定することを特徴とする請求項１記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 酸化体・質量流量（ｍｉｓｔ）が、第２
    の供給配管（５）に配置された圧縮機（８）の回転数
    （ｎ）の制御によって調整されることを特徴とする請求
    項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 燃料電池（１）が第２の供給配管（５）
    を介して酸化体として大気を準備されることを特徴とす
    る請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 アクセルペダル位置（ＦＰ）から求めら
    れた出力・目標値（ｐｓｏｌｌ）が運転パラメータに関
    係して制限されることを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 駆動ユニット（１７）に、空気質量流量
    の実際値（ｍｉｓｔ）から求められた補正出力・目標値
    （ｐｋｏｒｒ）が準備されることを特徴とする請求項１
    記載の方法。
  7. 【請求項７】 補正出力・目標値（ｐｋｏｒｒ）が運転
    パラメータに関係して求められることを特徴とする請求
    項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 燃料電池（１）に第１の供給配管（２）
    を介して燃料媒体が、第２の供給配管（５）を介して大
    気がそれぞれ導入されるような請求項１記載の方法を実
    施するための装置において、第２の供給配管（５）に回
    転数（ｎ）を調整できる圧縮機（８）が配置されている
    ことを特徴とする燃料電池付き走行車における動的な出
    力調整装置。
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