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Die Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug und ein Funktions-Festlegungsverfahren hierfür. Genauer gesagt, die Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug mit einer Brennstoffzelle und einem Kondensator, welche parallel mit einem Antriebsschaltkreis eines Elektromotors verbunden sind, der Energie an eine Antriebswelle ausgibt. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Funktions- bzw. Leistungsfestlegung der Brennstoffzelle und der Funktion bzw. Leistung des Kondensators, welche in dem Elektrofahrzeug angeordnet sind, welches durch Zufuhr von elektrischer Energie von der Brennstoffzelle und dem Kondensator zum Antriebsschaltkreis des Elektromotors fährt, der Leistung an eine Antriebswelle ausgeben kann, ohne dass eine Spannungswandlung stattfindet.
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Ein Elektrofahrzeug, das unter Verwendung der Ausgänge von einer Brennstoffzelle und einem Kondensator fährt, ist beispielsweise in der Druckschrift JP H08- 33 120 A beschrieben. Hier wird betrachtet, dass es bei einem Elektrofahrzeug möglich ist, den Ausgang von dem Kondensator zu erhalten, selbst wenn das Fahrzeug fortlaufend unter hoher Last betrieben wird, in dem eine Steuerung derart durchgeführt wird, dass ein Ausgang von der Brennstoffzelle anwächst und der Ausgang vom Kondensator abfällt, und zwar bei einem bestimmten Beschleunigungs-Fortlaufzustand, wo eine Beschleunigung gleich oder höher als ein bestimmter Wert über eine bestimmte Zeit hinweg oder länger stattfindet.
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In einem derartigen Elektrofahrzeug besteht jedoch die Möglichkeit, dass eine Brennstoffzelle oder ein Kondensator mit ungeeigneter Funktion oder (Ausgangs)-Leistung verwendet wird. Wie oben erwähnt, wird bei dem bestimmten Beschleunigungs-Fortdauerzustand eine Steuerung zum Anheben des Ausgangs von der Brennstoffzelle und zum Absenken des Ausgangs vom Kondensator durchgeführt. Wenn daher dieser Zustand fortdauert, wird der gesamte benötigte Ausgang in diesem Zustand schließlich vom Ausgang der Brennstoffzelle geliefert, ungeachtet der Kapazität des Kondensators. Infolgedessen wird eine Brennstoffzelle verwendet, welche den Ausgang erzeugen kann, der notwendig ist, die bestimmte Beschleunigungsfortdauer aufrecht zu erhalten. Im Ergebnis wird eine Brennstoffzelle von überhoher Leistung verwendet, was hinsichtlich der Energieeffizienz nicht vorteilhaft ist.
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Ferner betrifft die gattungsbildende Druckschrift
DE 199 54 306 A1 eine Vorrichtung zur elektrischen Energieerzeugung mit einer Brennstoffzelle in einem Fahrzeug und Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung und offenbart ein Elektrofahrzeug mit einem Elektromotor, der Leistung an eine Antriebswelle ausgibt; einem Treiberschaltkreis für den Elektromotor; einer Brennstoffzelle, welche elektrisch mit dem Elektromotor verbunden ist, so dass elektrische Energie von der Brennstoffzelle dem Elektromotor über den Treiberschaltkreis zugeführt wird; und einem Kondensator, der parallel mit der Brennstoffzelle verbunden ist.
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Außerdem betrifft die Druckschrift
DE 198 13 146 A1 ein Spannungsversorgungssystem für Elektrofahrzeuge. Ein Elektrofahrzeug, dessen Räder von einer Gleichspannungsversorgung angetrieben werden, umfasst eine Kombination einer wiederaufladbaren Hochenergiebatterie und einer Hochleistungsbatterie. Die Gleichspannungsversorgung wird durch eine Verbindung eines Gleichstromschaltkreises, der die wiederaufladbare Hochleistungsbatterie und einen elektrischen Zweiquadrantengleichstromsteller umfasst, in Parallelanordnung mit der wiederaufladbaren Hochenergiebatterie erhalten. Wenn der elektrische Strom der Hochenergie auf einen Wert zunimmt, der höher als ein vorgegebener Wert ist, wird der Gleichstromsteller aktiviert, um die wiederaufladbare Hochleistungsbatterie zu laden oder zu entladen, wodurch der Strom der wiederaufladbaren Hochenergiebatterie auf einen Wert verringert wird, der kleiner als der vorgegebene Wert ist.
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Der Erfindung liegt als eine Aufgabe zugrunde, ein Elektrofahrzeug bereitzustellen, bei welchem eine Brennstoffzelle und ein Kondensator verwendet werden, welche geeignet für dynamische Eigenschaften sind, welche benötigt werden und/oder die hinsichtlich der Energieeffizienz für das Fahrzeug geeignet sind. Darüber hinaus soll die Erfindung ein Verfahren zur Funktions-Festlegung einer Brennstoffzelle und zur Funktionsfestlegung eines Kondensators schaffen, welche geeignet sind für die benötigten dynamischen Eigenschaften und/oder geeignet sind hinsichtlich der Energieeffizienz für das Fahrzeug, und zwar in einem Elektrofahrzeug, in welchem die Brennstoffzelle und der Kondensator seingebaut sind.
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Diese Aufgabe wird durch ein Elektrofahrzeug mit einem Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Funktions-Festlegungsverfahren zum Festlegen der Funktion und/oder Leistung einer Brennstoffzelle (30) und der Funktion und/oder Leistung eines Kondensators mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der beigefügten Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt beinhaltet genauer ein Elektrofahrzeug einen Elektromotor, der Leistung an eine Antriebswelle ausgibt; einen Treiberschaltkreis für den Elektromotor; eine Brennstoffzelle, welche elektrisch mit dem Elektromotor verbunden ist, so dass elektrische Energie von der Brennstoffzelle dem Elektromotor über den Treiberschaltkreis zugeführt wird; und einen Kondensator), der parallel mit der Brennstoffzelle verbunden ist.
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Erfindungsgemäß werden eine maximale Ausgangsleistung der Brennstoffzelle und eine Kapazität des Kondensators so gesetzt, dass für sowohl die Brennstoffzelle als auch den Kondensator eine erste Fahrbedingung zum Erhalt einer bestimmten hohen Fahrzeuggeschwindigkeit durch wiederholtes Starten des Fahrzeugs mit maximaler Beschleunigung, notwendig für das Fahrzeug, und eine zweite Fahrbedingung zum wiederholten Ändern einer Fahrzeuggeschwindigkeit von einer ersten mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit zu einer zweiten mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit mit einer maximalen Beschleunigung, notwendig für das Fahrzeug, beide auf einem unteren gemeinsamen Grenzwert erfüllt sind, und wird eine Energiezufuhr zu dem Elektromotor derart gesteuert, dass dann, wenn eine Energieanforderung eines Fahrers einen Spitzenwert erreicht, die dazu notwendige Energie kurzzeitig durch den Kondensator geliefert und während dieser Zeit die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle unterdrückt wird.
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Gemäß dem ersten Aspekt ist es, da der maximale Ausgang der Brennstoffzelle und die Kapazität des Kondensators so gesetzt sind, dass die oben genannte erste Fahrbedingung oder der Fahrzustand und die zweite Fahrbedingung erfüllt sind, möglich, die Brennstoffzelle und den Kondensator zu verwenden, welche beide eine Leistung oder Funktion haben, welche für die dynamischen Eigenschaften geeignet ist, die für das Fahrzeug notwendig sind. Im Ergebnis werden eine Brennstoffzelle und ein Kondensator mit überhoher Leistung nicht verwendet. Somit ist es möglich, die Energieeffizienz des Fahrzeugs zu verbessern.
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Gemäß dem ersten Aspekt kann die Kapazität des Kondensators so gesetzt werden, dass sie über der Minimalkapazität innerhalb eines bestimmten Bereichs ist, der den ersten Fahrzustand erfüllt und den zweiten Fahrzustand erfüllt, wenn die Brennstoffzelle in dem Bereich hoch bis zum maximalen Ausgang betrieben wird, der in der Brennstoffzelle gesetzt ist. Somit ist es möglich, den Kondensator zu verwenden, dessen Funktion für die dynamischen Eigenschaften geeignet ist, die für das Fahrzeug abhängig von der Funktion der Brennstoffzelle notwendig sind.
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Gemäß dem ersten Aspekt kann der maximale Ausgang der Brennstoffzelle innerhalb eines bestimmten Bereichs über dem minimalen Ausgang gesetzt werden, der den ersten Fahrzustand und den zweiten Fahrzustand erfüllt, wenn der Kondensator in dem Bereich der Kapazität betrieben wird, der in dem Kondensator gesetzt ist. Somit ist es möglich, einen Kondensator zu verwenden, dessen Funktion bzw. Leistung für die dynamischen Eigenschaften geeignet ist, die für das Fahrzeug nötig sind.
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Gemäß dem ersten Aspekt kann der maximale Ausgang der Brennstoffzelle und kann die Kapazität des Kondensators so gesetzt werden, dass sie in einem bestimmten Bereich liegen, der einen Punkt enthält, bei dem die Minimalbeziehung zwischen dem maximalen Ausgang der Brennstoffzelle und der Kapazität des Kondensators zur Erfüllung der ersten Fahrbedingung eine minimale Beziehung zwischen dem maximalen Ausgang der Brennstoffzelle und der Kapazität des Kondensators, notwendig zur Erfüllung der zweiten Fahrbedingung einander überlappen. Somit ist es möglich, die Brennstoffzelle und den Kondensator zu verwenden, deren beide Funktionen nahe dem Minimalwert bei der Funktion geeignet für die dynamischen Eigenschaften sind, die für das Fahrzeug notwendig sind. Im Ergebnis ist es möglich, die Energieeffizienz des Fahrzeugs weiter zu verbessern.
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Gemäß dem ersten Aspekt können, wenn das Fahrzeuggewicht annähernd 2t beträgt, die Brennstoffzelle und der Kondensator bei einer Spannung von 240 bis 500V verwendet werden, der maximale Ausgang der Brennstoffzelle kann auf einen Wert nahe 95kW gesetzt werden und die Kapazität des Kondensators kann auf einen Wert nahe 7F gesetzt werden. In diesem Fall kann der maximale Ausgang des Elektromotors nahe 85kW gesetzt werden.
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Gemäß dem ersten Aspekt kann der maximale Ausgang des Elektromotors auf einen Wert im Wesentlichen gleich der Summe des maximalen Ausgangs der Brennstoffzelle und des maximalen Ausgangs vom Kondensator bei der Betriebsspannung der Brennstoffzelle gesetzt werden, welche so betrieben wird, dass sie den maximalen Ausgang erzeugt. Somit ist es möglich, den Kondensator zu verwenden, dessen Funktion geeignet für die dynamischen Eigenschaften ist, die für das Fahrzeug notwendig sind.
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Gemäß einem zweiten Aspekt erfolgt in einem Funktions-Festlegungsverfahren zum Festlegen der Funktion und/oder Leistung einer Brennstoffzelle und der Funktion und/oder Leistung eines Kondensators, welche in einem Elektrofahrzeug anzuordnen sind, welches durch Zufuhr von elektrischer Energie von der Brennstoffzelle und von dem Kondensator an einen Treiberschaltkreis eines Elektromotors fährt, der Leistung an eine Antriebswelle ausgeben kann, erfindungsgemäß ein Festsetzen einer maximalen Ausgangsleistung der Brennstoffzelle und einer Kapazität des Kondensators derart, dass für sowohl die Brennstoffzelle als auch den Kondensator eine erste Fahrbedingung zum Erhalt einer bestimmten hohen Fahrzeuggeschwindigkeit durch wiederholtes Starten des Fahrzeugs mit maximaler Beschleunigung, notwendig für das Fahrzeug, und eine zweite Fahrbedingung zum wiederholten Ändern einer Fahrzeuggeschwindigkeit von einer ersten mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit auf eine zweite mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit mit der maximalen Beschleunigung, notwendig für das Fahrzeug, beide auf einem unteren gemeinsamen Grenzwert erfüllt sind; und ein Steuern einer Energiezufuhr zu dem Elektromotor derart, dass dann, wenn eine Energieanforderung eines Fahrers einen Spitzenwert erreicht, die dazu notwendige Energie kurzzeitig durch den Kondensator geliefert und während dieser Zeit die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle unterdrückt wird.
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Gemäß dem zweiten Aspekt wird der maximale Ausgang der Brennstoffzelle und die Kapazität des Kondensators, welche in dem Fahrzeug anzuordnen sind, so gesetzt, dass die erste Fahrbedingung und die zweite Fahrbedingung erfüllt sind. Daher ist es möglich, die Funktion der Brennstoffzelle und die Funktion des Kondensators zu setzen, welche für die dynamischen Eigenschaften geeignet sind, die für das Fahrzeug notwendig sind. Durch Anordnen der Brennstoffzelle und des Kondensators, deren beide Funktionen so gesetzt sind in dem Elektrofahrzeug, ist es möglich, die Energieeffizienz des Fahrzeugs zu verbessern.
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Gemäß dem zweiten Aspekt kann die Kapazität des Kondensators so gesetzt werden, dass sie innerhalb eines bestimmten Bereichs über der Minimalkapazität liegt, welche die erste Fahrbedingung erfüllt und die zweite Fahrbedingung erfüllt, wenn die Brennstoffzelle in einem Bereich hoch bis zum maximalen Ausgang betrieben wird, der in der Brennstoffzelle gesetzt ist. Somit ist es möglich, die Funktion des Kondensators zu setzen, welche geeignet für die dynamischen Eigenschaften ist, die für das Fahrzeug abhängig von der Funktion der Brennstoffzelle notwendig sind. Im zweiten Aspekt kann der maximale Ausgang der Brennstoffzelle so gesetzt werden, dass er innerhalb eines bestimmten Bereichs über dem minimalen Ausgang liegt, der die erste Fahrbedingung erfüllt und die zweite Fahrbedingung erfüllt, wenn der Kondensator im Bereich der Kapazität betrieben wird, welche in dem Kondensator gesetzt ist. Somit ist es möglich, die Funktion der Brennstoffzelle zu setzen, welche geeignet ist für die dynamischen Eigenschaften, die für das Fahrzeug benötigt werden, und zwar abhängig von der Funktion oder Leistung des Kondensators.
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Gemäß dem zweiten Aspekt können der maximale Ausgang der Brennstoffzelle und die Kapazität des Kondensators so gesetzt werden, dass sie innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen, der einen Punkt beinhaltet, bei dem eine minimale Beziehung zwischen dem maximalen Ausgang der Brennstoffzelle und der Kapazität des Kondensators, notwendig zum Erfüllen der ersten Fahrbedingung und eine Minimalbeziehung zwischen dem maximalen Ausgang der Brennstoffzelle und der Kapazität des Kondensators, notwendig zum Erfüllen der zweiten Fahrbedingung, einander überlappen. Somit ist es möglich, die Funktion der Brennstoffzelle und die Funktion des Kondensators so zu setzen, dass sie nahe dem Minimalwert aus der Funktion der Brennstoffzelle und der Funktion des Kondensators liegen, welche geeignet sind für die dynamischen Eigenschaften, die für das Fahrzeug notwendig sind. Durch Einbau der Brennstoffzelle und des Kondensators, deren beide Funktionen derart gesetzt sind, in das Elektrofahrzeug, ist es möglich, die Energieeffizienz des Fahrzeugs weiter zu verbessern.
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Ferner können der maximale Ausgang der Brennstoffzelle und die Kapazität des Kondensators so gesetzt werden, dass die Kosten für die Brennstoffzelle und den Kondensator im Wesentlichen auf einem Minimum sind. Somit ist es möglich, die Funktion der Brennstoffzelle und die Funktion des Kondensators auf eine Funktion zu setzen, deren Kosten aus Funktion der Brennstoffzelle und Funktion des Kondensators, geeignet für die dynamischen Eigenschaften, die für das Fahrzeug notwendig sind, niedrig sind. Im Ergebnis ist es möglich, die Herstellungskosten für das Elektrofahrzeug zu verringern.
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Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
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Es zeigt:
- 1 schematisch den Aufbau eines Elektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform; und
- 2 eine graphische Darstellung eines Beispiels einer Beziehung aus Maximalausgang einer Brennstoffzelle, Kapazität eines Kondensators, dynamische Eigenschaften des Fahrzeugs und Kosten in dem Elektrofahrzeug, dessen Gesamtgewicht 2t beträgt.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. 1 ist eine Darstellung, welche schematisch einen Aufbau eines Elektrofahrzeugs 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Gemäß 1 beinhaltet das Elektrofahrzeug 10 gemäß dieser Ausführungsform eine Brennstoffzelle 30, welche elektrische Leistung unter Verwendung von Wasserstoffgas als Brenngas, welches von einem Wasserstoffhochdrucktank 22 geliefert wird und von einer Kreislaufpumpe 26 umgewälzt wird und Sauerstoff aus der Luft erzeugt, welche von einem Kompressor 28 und einem Sammler 24 über ein Schaltventil 50 zugeführt wird; einen Kondensator 32, der parallel zu der Brennstoffzelle 30 über einen Unterbrecher 56 verbunden ist; einen Wandler 34, der als Treiberschaltkreis für einen Antriebsmotor 36 dient und Gleichstromenergie von der Brennstoffzelle 30 und dem Kondensator 32 in eine dreiphasige Wechselstromleistung wandelt; einen Antriebsmotor 36, der von dem dreiphasigen Wechselstrom vom Wandler 34 angetrieben wird und eine Antriebsleistung an Antriebsräder 12 über ein Differentialgetriebe 14 abgibt; und eine elektronische Steuereinheit 70, welche das gesamte Fahrzeug steuert. Das so aufgebaute Elektrofahrzeug hat ein Gesamtgewicht von annähernd 2t.
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Die Brennstoffzelle 30 ist aus einem Brennstoffzellenstapel (nicht gezeigt) gebildet. Der Brennstoffzellenstapel wird durch Stapeln von Einheitszellen mit zwischen den Einheitszellen liegenden Separatoren gebildet. Die Einheitszelle wird gebildet durch Bereitstellen einer Anodenelektrode und einer Kathodenelektrode derart, dass sie zwischen sich eine Elektrolytmembran einschließen. Der Separator dient als Trennung zwischen benachbarten Einheitszellen. Die Brennstoffzelle 30 erzeugt elektrische Energie durch elektrochemische Reaktion des Wasserstoffgases, welches über eine Gasleitung in dem Separator an die Anodenelektrode geliefert wird und Luft, welche der Kathodenelektrode zugeführt wird. In der Brennstoffzelle 30 ist ein Kreislaufdurchlass (nicht gezeigt) vorhanden, durch welchen ein Kühlmedium (z. B. Kühlwasser) zirkulieren kann. Aufgrund der Zirkulation des Kühlmediums durch die Kreislaufleitung wird die Temperatur der Brennstoffzelle 30 auf einer geeigneten Temperatur gehalten (beispielsweise 65°C bis 85°C). Die Brennstoffzelle 30, deren maximaler Ausgang (Nennwert) 95kW und deren Betriebsspannung 240 bis 400V beträgt, ist in der Ausführungsform in dem Elektrofahrzeug 10 eingebaut.
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Der Kondensator 32 ist beispielsweise als elektrischer Doppelschichtkondensator (EDLC = electric double layer capacitor) ausgebildet. Der Kondensator 32, dessen Arbeitsspannung 240 bis 500V und dessen Kapazität 7F beträgt, ist in der Ausführungsform in dem Elektrofahrzeug 10 eingebaut.
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Der Antriebsmotor 36 ist beispielsweise als bekannter Synchrongenerator/Motor ausgelegt, der als Elektromotor und Energieerzeuger dient. Der Antriebsmotor 36, dessen Nennausgang 80 bis 85kW beträgt, ist bei der Ausführungsform im Elektrofahrzeug 10 eingebaut. Der Nennausgang vom Antriebsmotor 36 wird so eingestellt und festgesetzt, dass er im Wesentlichen gleich der Summe des maximalen Ausgangs der Brennstoffzelle 30 im Elektrofahrzeug 10 und des maximalen Ausgangs des Kondensators 32 bei der Betriebsspannung des Brennstoffzelle 30 ist, welche so betrieben wird, dass sie maximalen Ausgang erzeugt.
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Ein DC/DC-Wandler 54, der eine hohe Spannung von der Brennstoffzelle 30 und vom Kondensator 32 auf eine niedrige Spannung (beispielsweise 12V) wandelt, ist in einer elektrischen Energieversorgungsleitung von der Brennstoffzelle 30 und dem Kondensator 32 angeordnet. Elektrische Energie wird einer Sekundärbatterie 60 als 12V-Energieversorgung und einer Hilfsmaschine 62 zugeführt, welche im Fahrzeug eingebaut sind.
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Die elektronische Steuereinheit 70 ist als Mikroprozessor ausgelegt und weist im Wesentlichen eine CPU 72 auf. Die elektronische Steuereinheit 70 weist weiterhin ein ROM 74, welches ein Prozessprogramm oder dergleichen speichert, ein RAM 76, welches vorübergehend Daten speichert und einen Eingangs/Ausgangs-Anschluss (nicht gezeigt) zusätzlich zu der CPU 72 auf. Eine Energieversorgungsspannung von einem Spannungssensor 52, der parallel zwischen dem Kondensator 32 und dem Wandler 34 liegt, eine Schaltposition von einem Schaltpositionssensor 82, der die Position eines Schalthebels 81 erkennt, eine Gaspedalbetätigung von einem Gaspedallagesensor 84, der einen Niederdrückungsbetrag eines Gaspedals 83 erkennt, eine Bremsposition von einem Bremspedalpositionssensor 86, der einen Niederdrückungsbetrag eines Bremspedals 85 erkennt, eine Fahrzeuggeschwindigkeit V von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 88, der die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs erkennt etc. werden der elektronischen Steuereinheit 70 über den Eingangsanschluss eingegeben. Ein Antriebssignal an die Kreislaufpumpe 26, ein Antriebssignal an den Luftkompressor 28, ein Schaltsignal an den Wandler 34, ein Gleichstromschaltsignal an dem DC/DC-Wandler 54, ein Öffnungs/Schließsignal an den Unterbrecher 56, ein Schaltsignal an das Schaltventil 50 etc. werden von der elektronischen Steuereinheit 70 über den Ausgangsanschluss ausgegeben.
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Bei dem Elektrofahrzeug 10 dieser Ausführungsform mit dem obigen Aufbau wird, wenn der Fahrer das Gaspedal 83 niederdrückt, ein Drehmoment (Drehmoment, welches vom Antriebsmotor 36 auszugeben ist), welches für das Fahrzeug benötigt wird, auf der Grundlage der Gaspedalbetätigung gesetzt, welche von dem Gaspedalpositionssensor 84 erkannt worden ist, sowie aufgrund der Fahrzeuggeschwindigkeit V, welche vom Sensor 88 erkannt worden ist. Der Wandler 34 wird so gesteuert, dass das gesetzte Drehmoment vom Antriebsmotor 36 ausgegeben wird. Die maximale an den Antriebsmotor 36 zu liefernde elektrische Energie wird erhalten durch Subtrahieren der elektrischen Leistung, notwendig für die Hilfsmaschine von der Gleichstromleistung, d. h. der Summe des maximalen Ausgangs von der Brennstoffzelle 30 und dem maximalen Ausgang des Kondensators 32 bei der Betriebsspannung der Brennstoffzelle 30, welche so betrieben wird, dass sie maximalen Ausgang erzeugt und dann durch Wandeln der so erhaltenen elektrischen Energie in den dreiphasigen Wechselstrom. Durch Auswahl des Antriebsmotors 36 so, dass der Ausgang vom Antriebsmotor 36 der Nennausgang ist, wenn die erhaltene elektrische Leistung dem Antriebsmotor 36 zugeführt wird, wird daher der Motor ausgewählt, dessen Funktion für die Funktion oder Leistung der Brennstoffzelle 30 und die Funktion oder Leistung des Kondensators 32 am besten geeignet ist. In der Ausführungsform wird somit der Antriebsmotor 36 gewählt. Das für das Fahrzeug benötigte Drehmoment wird auf der Grundlage der Gaspedalbetätigung und der Fahrzeuggeschwindigkeit V gesetzt. Das maximale Drehmoment wird auf der Grundlage der dynamischen Eigenschaften gesetzt, die für das Fahrzeug benötigt werden.
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Wenn bei dem Elektrofahrzeug 10 gemäß der Ausführungsform der Fahrer das Bremspedal 85 niederdrückt, wird das Bremsdrehmoment des Fahrzeugs auf der Grundlage der Bremspedalposition gesetzt, welche von dem Bremspedalpositionssensor 86 erkannt worden ist, sowie der Fahrzeuggeschwindigkeit V, welche vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 88 erkannt worden ist. Weiterhin wird der Wandler 34 so gesteuert, dass ein Teil des Bremsdrehmomentes durch das regenerative Drehmoment vom Antriebsmotor 36 geliefert wird und die mechanische Bremse wird so gesteuert, dass das verbleibende Drehmoment von der mechanischen Bremse (nicht gezeigt) geliefert wird. Die elektrische Leistung, welche durch die regenerative Steuerung des Antriebsmotors 36 erhalten wird, wird durch den Wandler 34 in Gleichstromenergie umgewandelt und im Kondensator 32 gespeichert und wird für eine Beschleunigung des Fahrzeugs verwendet, wenn der Fahrer das nächste Mal das Gaspedal 83 niederdrückt. Die Verteilung des festgesetzten Bremsdrehmomentes auf das regenerative Drehmoment vom Antriebsmotor 36 und das Drehmoment von der mechanischen Bremse kann auf jede Art und Weise hinsichtlich der Steuerung durchgeführt werden. Unter Berücksichtigung der Energieeffizienz ist es jedoch bevorzugt, einen großen Betrag des Bremsdrehmomentes auf das regenerative Drehmoment seitens des Antriebsmotors 36 zu verteilen.
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In diesem Zusammenhang beinhalten die dynamischen Eigenschaften, die für das Fahrzeug notwendig sind, die dynamischen Eigenschaften, welche wenigstens zwei Fahrbedingungen erfüllen. Eine erste Fahrbedingung sei bezeichnet als „Startzeit-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung“ und eine zweite Fahrbedingung sei bezeichnet als „mittlere Fahrzeuggeschwindigkeits-Vollbeschleunigungsmöglichkeitsbedingung“. In der Startzeit-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung kann eine volle Beschleunigung bei der maximalen Beschleunigung, die zum Erhalt einer bestimmten hohen Fahrzeuggeschwindigkeit zum Startzeitpunkt notwendig ist, wiederholt durchgeführt werden. Bei der Startzeit-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung kann eine Vollbeschleunigung auf die maximale Beschleunigung, die zum Erhöhen der Fahrzeuggeschwindigkeit von einer mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit um ungefähr 30 km/h notwendig ist, wiederholt durchgeführt werden. Genauer, wenn die dynamischen Eigenschaften, welche die beiden obigen Bedingungen erfüllen, erhalten werden können, kann das Fahrzeug den Betrieb ertragen. Bei dem Elektrofahrzeug 10 gemäß der Ausführungsform werden die Brennstoffzelle 30 und der Kondensator 32, deren beide Funktionen geeignet sind für die oben genannte dynamische Funktion ausgewählt und angewendet, so dass die Kosten verringert sind. Nachfolgend wird die Beziehung zwischen der Funktion der Brennstoffzelle 30 und der Funktion des Kondensators 32, insbesondere die Beziehung zwischen dem maximalen Ausgang der Brennstoffzelle 30 und der Kapazität des Kondensators 32 näher erläutert.
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2 ist eine graphische Darstellung, welche ein Beispiel einer Beziehung zwischen maximalem Ausgang der Brennstoffzelle 30, Kapazität des Kondensators 32, dynamische Eigenschaften des Fahrzeugs und Kosten des Fahrzeugs mit einem Gesamtgewicht von 2t zeigt. In der Darstellung zeigt eine durchgezogene Linie „A“ den unteren Grenzwert des Bereichs, in welchem die Startzeit-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung erfüllt ist, die gestrichelte Linie „B“ zeigt den unteren Grenzwert des Bereichs, in welchem die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeits-Vollbeschleunigungsmöglichkeitsbedingung erfüllt ist und die Strichpunktlinie „C“ zeigt eine Kostengleichheitslinie. Der Bereich, in dem die dynamischen Eigenschaften, die für das Fahrzeug notwendig sind, erfüllt sind, ist der Bereich in welchem die Startzeit-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung und die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeits-Vollbeschleunigungsmöglichkeitsbedingung erfüllt sind. Daher ist der Bereich, in welchem die dynamischen Eigenschaften erfüllt sind, der Bereich, in welchem der obere rechte Bereich bezüglich der durchgezogenen Linie „A“ und der obere rechte Bereich bezüglich der gestrichelten Linie „B“ einander überlappen (nachfolgend als „Bedingungserfüllungsbereich“ bezeichnet). Aus dem Bedingungserfüllungsbereich haben im Bereich, der einen Abstand über dem bestimmten Bereich von der durchgezogenen Linie „A“ oder der gestrichelten Linie „B“ hat (beispielsweise die obere rechte Ecke in der Figur) die Brennstoffzelle und der Kondensator überhohe Funktion für die dynamischen Eigenschaften, die für das Fahrzeug notwendig sind, was hinsichtlich der Energieeffizienz nicht vorteilhaft ist. Somit ist im Bedingungserfüllungsbereich der Bereich über der durchgezogenen Linie „A“ und auch über der gestrichelten Linie „B“ (d. h. der schraffierte Bereich in der Figur; nachfolgend als „bevorzugter Bereich“ bezeichnet) vorteilhaft. Insbesondere durch Wählen der Brennstoffzelle und des Kondensators beide so, dass die Funktion im bevorzugten Bereich liegt und durch Verwendung hiervon als die Brennstoffzelle 30 und der Kondensator 32 kann das Elektrofahrzeug 10 realisiert werden, welches mit einer Brennstoffzelle und einem Kondensator ausgestattet ist, welche beide funktionsmäßig für die dynamischen Eigenschaften geeignet sind, die für das Fahrzeug benötigt werden. Wenn daher der maximale Ausgang der Brennstoffzelle 30 zur Anordnung im Fahrzeug 10 bereits festgesetzt ist, muss die Kapazität des Kondensators 32 so gesetzt werden, dass die Funktion des Kondensators 32 im bevorzugten Bereich liegt. Andererseits, wenn die Kapazität des Kondensators 32 zur Anordnung in dem Elektrofahrzeug 10 bereits festgesetzt ist, muss der maximale Ausgang der Brennstoffzelle 30 so gesetzt werden, dass die Funktion der Brennstoffzelle 30 im bevorzugten Bereich ist.
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Weiterhin ist im bevorzugten Bereich der Bereich nahe des Schnittpunktes der durchgezogenen Linie „A“ und der gestrichelten Linie „B“ der notwendige/ausreichende Bereich, bei welchem die Startzeit-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedinung und die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeits-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung beide erfüllt sind auf einem minimalen Wert. Daher kann durch Auswählen der Brennstoffzelle und des Kondensators so, dass beider Funktionen in dem notwendigen/ausreichenden Bereich liegen und durch ihre Verwendung als Brennstoffzelle 30 und Kondensator 32 das Elektrofahrzeug 10 realisiert werden, welches mit einer Brennstoffzelle und einem Kondensator ausgestattet ist, deren beide Funktionen notwendig und ausreichend geeignet für die dynamischen Eigenschaften sind, die für das Fahrzeug notwendig sind. Auch ist der notwendige/ausreichende Bereich, wie aus der strichpunktierten Linie „C“ gesehen werden kann, der Bereich nahe den minimalen Kosten aus dem Bedingungserfüllungsbereich. Daher wird durch Wählen der Brennstoffzelle und des Kondensators, deren beide Funktionen im notwendigen/ausreichenden Bereich sind und durch ihre Verwendung als Brennstoffzelle 30 und Kondensator 32 es möglich, die Kosten des Elektrofahrzeugs 10 zu verringern. Im Ergebnis ist es durch Wählen der Brennstoffzelle und des Kondensators so, dass beide Funktionen hiervon im notwendigen/ausreichenden Bereich sind, es möglich, eine Brennstoffzelle und einen Kondensator zu verwenden, deren beider Funktionen notwendig und ausreichend geeignet für die dynamischen Eigenschaften sind, die für das Fahrzeug benötigt werden und deren beider Energieausbeute gut ist. Weiterhin ist es möglich, die Kosten zu verringern. Bei dem Elektrofahrzeug 10 gemäß der Ausführungsform wird aus obigem Grund eine Brennstoffzelle 30 mit einer maximalen Ausgangsleistung von 95 kW und ein Kondensator 32 mit einer Kapazität von 7F verwendet. In diesem Fall sind die Funktionen der Brennstoffzelle 30 und des Kondensators 32 im notwendigen/ausreichenden Bereich.
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Die Funktion der Brennstoffzelle 30 und die Funktion des Kondensators 32, welche in dem Elektrofahrzeug 10 anzuordnen sind, ändern sich abhängig von dem Gesamtgewicht des Elektrofahrzeugs 10 und den für das Fahrzeug notwendigen dynamischen Eigenschaften. Daher muss für jedes Gesamtgewicht und jede dynamische Eigenschaft, die für das Fahrzeug notwendig ist, ein Experiment durchgeführt werden, um die Beziehung gemäß 2 zu erhalten. Die Beziehung zwischen dem maximalen Ausgang der Brennstoffzelle und der Kapazität des Kondensators, welche in das Fahrzeug einzubauen sind, müssen so gesetzt werden, dass sie nahe dem Punkt sind, an dem der untere Grenzwert (durchgezogene Linie „A“ in 2) des Bereichs, in welchem die Startzeit-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung erfüllt ist, den unteren Grenzwert (gestrichelte Linie „B“ in 2) des Bereichs schneidet, in welchem die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeits-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung erfüllt ist. Somit ist es möglich, eine Brennstoffzelle und einen Kondensator auszuwählen, deren beide Funktionen geeignet für das Gesamtgewicht des Fahrzeugs und die für das Fahrzeug benötigten dynamischen Eigenschaften sind und dann diese ausgewählte Brennstoffzelle und den Kondensator in das Fahrzeug einzubauen.
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Bei dem Elektrofahrzeug 10 gemäß der obigen Ausführungsform werden die Brennstoffzelle 30 und der Kondensator 32, deren beide Funktionen im notwendigen/ausreichenden Bereich sind, wo die Startzeit-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung und die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeits-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung beide auf minimalem Pegel erfüllt sind, verwendet. Daher ist es möglich, die für das Fahrzeug benötigten dynamischen Eigenschaften zu erhalten und die Energieeffizienz zu verbessern. Auch ist es möglich, die Kosten bei der Herstellung des Elektrofahrzeugs 10 zu senken.
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Auch bei dem Verfahren zum Festlegen des maximalen Ausgangs der Brennstoffzelle 30 und der Kapazität des Kondensators 32, welche in der Ausführungsform in das Elektrofahrzeug 10 einzubauen sind, ist es durch Erhalten des notwendigen/ausreichenden Bereichs, wo die Startzeit-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung und die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeits-Vollbeschleunigungs-Wiederholungsmöglichkeitsbedingung beide auf minimalem Pegel abhängig von dem Gesamtgewicht des Fahrzeugs und der für das Fahrzeug notwendigen dynamischen Eigenschaften erfüllt sind, möglich, den maximalen Ausgang der Brennstoffzelle und die Kapazität des Kondensators festzusetzen, welche geeignet für das Gesamtgewicht des Fahrzeugs und für die dynamischen Eigenschaften sind, die für das Fahrzeug notwendig sind. Durch Einbau der Brennstoffzelle, deren maximaler Ausgang so festgesetzt worden ist und eines Kondensators, dessen Kapazität so festgesetzt worden ist, in das Fahrzeug, ist es möglich, die für das Fahrzeug notwendigen dynamischen Eigenschaften zu erhalten und die Energieeffizienz zu verbessern.
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In dem Fall eines Elektrofahrzeugs, in dem der Kondensator 32 parallel zur Brennstoffzelle 30 vorgesehen ist, beispielsweise bei dem Elektrofahrzeug 10 gemäß der Ausführungsform, ist es möglich, den Ausgang von der Brennstoffzelle zu unterdrücken, wenn eine Anforderung vom Fahrer so gemacht wird, dass ein hoher Ausgang, der den Spitzenwert erreicht, erzeugt wird, im Vergleich zu dem Fall eines Elektrofahrzeugs, bei welchem eine Sekundärbatterie parallel zur Brennstoffzelle vorgesehen ist. Bei dem Elektrofahrzeug, welches mit einer Brennstoffzelle und der Sekundärbatterie versehen ist, muss ein hoher Ausgang von der Brennstoffzelle erzeugt werden, da der Ausgang von der Sekundärbatterie beschränkt ist. Bei dem Elektrofahrzeug 10, welches mit der Brennstoffzelle 30 und den Kondensator 32 ausgestattet ist, kann jedoch ein hoher Ausgang vom Kondensator 32 erzeugt werden, und zwar für eine kurze Zeit. Genauer gesagt, im Elektrofahrzeug 10 gemäß der Ausführungsform wird ein hoher Ausgang anfänglich vom Kondensator erzeugt, wenn die Anforderung vom Fahrer kommt, so dass der Ausgang, der den Scheitelwert erreicht, erzeugt wird. Da eine derartige Anforderung normalerweise nur für eine kurze Zeitdauer vorliegt und nicht für eine lange Zeitdauer fortbesteht, ist es möglich, den hohen Ausgang von der Brennstoffzelle 30 aufgrund des Ausgangs vom Kondensator 32 zu unterdrücken. Bei der Steuerung des Antriebsmotors 36 ist es somit möglich, den Bereich zu vergrößern, in dem das Drehmoment in der Scheitelwertsteuerung bei laufendem Fahrzeug verwendet werden kann. Beim Elektrofahrzeug 10 gemäß der Ausführungsform, bei dem die Brennstoffzelle 30 und der Kondensator 32 parallel zum Antriebsmotor 36 angeordnet sind, kann der Ausgang von der Brennstoffzelle unterdrückt werden, und der Bereich, in welchem der Antriebsmotor verwendet werden kann, kann erhöht werden, wenn eine Anforderung derart gemacht wird, dass ein Ausgang erzeugt wird, der den Scheitelwert erreicht und eine Scheitelwertsteuerung wird durchgeführt. Infolgedessen ist das Elektrofahrzeug 10, bei dem die Brennstoffzelle 30 und der Kondensator 32 parallel zum Antriebsmotor 36 angeordnet sind im Vergleich zu einem Elektrofahrzeug vorteilhaft, bei dem eine Brennstoffzelle und eine Sekundärbatterie parallel zum Antriebsmotor vorgesehen sind.
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Bei dem Elektrofahrzeug 10 gemäß der Ausführungsform werden die Brennstoffzelle 30 und der Kondensator 32 verwendet, deren beider Funktionen in dem notwendigen/ausreichenden Bereich liegen. Die Brennstoffzelle 30 und der Kondensator 32 deren beide Funktionen in dem gestrichelten bevorzugten Bereich von 2 liegen, kann jedoch ausgewählt und im Elektrofahrzeug 10 verwendet werden. Auch kann eine Brennstoffzelle 30 und kann ein Kondensator 32, deren beider Funktion in dem Bedingungserfüllungsbereich liegen, wo der obere rechte Bereich bezüglich der durchgezogenen Linie „A“ und der obere rechte Bereich bezüglich der gestrichelten Linie „B“ einander in 2 überlappen ausgewählt und im Elektrofahrzeug 10 verwendet werden.
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Bei dem Elektrofahrzeug 10 gemäß der Ausführungsform wird der Antriebsmotor 36 verwendet, dessen Funktion zur Erzeugung eines Nennausgangs im Wesentlichen gleich der Summe des maximalen Ausgangs der Brennstoffzelle 30 im Elektrofahrzeug 10 und des maximalen Ausgangs des Kondensators 32 bei der Betriebsspannung der Brennstoffzelle 30 ist, welche so betrieben wird, dass sie den maximalen Ausgang erzeugt. Es kann jedoch auch ein Motor als Antriebsmotor 36 verwendet werden, dessen Funktion gleich oder höher als die oben genannte Funktion ist.
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Erfindungsgemäß werden somit ein maximaler Ausgang einer Brennstoffzelle und eine Kapazität eines Kondensators so gesetzt, dass sie nahe einem Punkt sind, an dem ein unterer Grenzwert (durchgezogene Linie „A“) eines Bereichs, in welchem eine erste Bedingung erfüllt ist, einen unteren Grenzwert (gestrichelte Linie „B“) eines Bereichs schneidet, in welchem eine zweite Bedingung erfüllt ist. In der ersten Bedingung kann eine volle Beschleunigung zum Startzeitpunkt zum Erhalt einer bestimmten hohen Fahrzeuggeschwindigkeit durch Starten des Fahrzeugs mit einer maximalen Beschleunigung, die für das Fahrzeug notwendig ist, wiederholt durchgeführt werden. In der zweiten Bedingung kann eine volle Beschleunigung bei einer mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit zur Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit von der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit um ungefähr 30 km/h mit der maximalen Beschleunigung, die für das Fahrzeug notwendig ist, wiederholt durchgeführt werden. Die Brennstoffzelle und der Kondensator mit dieser Funktion oder Leistung werden in ein Elektrofahrzeug eingebaut. Im Ergebnis ist es möglich, die Brennstoffzelle und den Kondensator zu verwenden, deren beider Funktionen und/oder Leistung geeignet für dynamische Eigenschaften ist, die für das Fahrzeug notwendig sind, wobei die Energieausbeute verbessert wird und die Kosten für das Elektrofahrzeug verringert sind.