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DE102007005138A1 - Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug und Brennstoffzellenfahrzeug - Google Patents

Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug und Brennstoffzellenfahrzeug Download PDF

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DE102007005138A1
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fuel cell
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Withdrawn
Application number
DE102007005138A
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English (en)
Inventor
Satoshi Wako Aoyagi
Hibiki Wako Saeki
Kenichiro Wako Kimura
Hiroaki Wako Takanohashi
Hiroyuki Wako Abe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
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Abstract

Das Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug umfasst: einen Schritt zum Erhalten einer Soll-Motorabgabeleistung, in welchem eine Soll-Motorabgabeleistung entsprechend einem Öffnungsgrad einer Gasbetätigungseinrichtung erhalten wird, und einen Steuer/Regelschritt vor hohe Abgabeleistung, in welchem Operationen des ersten DC-DC-Wandlers (12) und des zweiten DC-DC-Wandlers (14) derart gesteuert/geregelt werden, dass eine Ausgangsspannung des Brennstoffzellensystems gleich oder größer wird als eine vorbestimmte Spannung, die zum Sicherstellen einer gewünschten Motorabgabeleistung erforderlich ist, wenn die Soll-Motorabgabeleistung größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert der Abgabeleistung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug sowie ein Brennstoffzellenfahrzeug.
  • Es ist beispielsweise eine herkömmliche Stromsteuer/regeleinheit bekannt, welche umfasst: eine Ladesteuer/regeleinheit, welche eine Ausgangsspannung einer Brennstoffzelle in eine Ladespannung einer Sekundärbatterie umwandelt, sowie eine Entladesteuer/regeleinheit, welche eine Entladespannung der Sekundärbatterie in eine Ausgangsspannung der Brennstoffzelle umwandelt, wobei die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle und die Entladespannung der Sekundärbatterie, welche derart umgewandelt wurde, dass sie im Wesentlichen der von der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle äquivalent ist, in eine Umrichterschaltung eines Stromumrichters eingegeben werden (siehe beispielsweise die JP 2003-208 913 A).
  • Darüber hinaus ist ein herkömmliches Brennstoffzellensystem bekannt, bei dem folgendes gilt: wenn eine durch eine Last verbrauchte elektrische Leistung größer ist als die durch eine Brennstoffzelle erzeugte elektrische Leistung, wird das Defizit bezüglich der elektrischen Leistung, welche durch die Last verbraucht wird, durch eine elektrische Leistung kompensiert, die gleich oder kleiner als eine vorbestimmte elektrische Schwellenleistung ist, und zwar durch eine solche, welche von einer kommerziell zur Verfügung stehenden Stromversorgung (beispielsweise elektrischer Nachtstrom oder dgl.) bezogen wird, und durch aus einer Energiespeicherzelle entnommener elektrischer Leistung. Darüber hinaus wird dann, wenn die durch die Last verbrauchte elektrische Leistung kleiner ist als die durch die Brennstoffzelle erzeugte elektrische Leistung, ein Überschuss der elektrischen Abgabeleistung in die Energiespeicherzelle geladen (siehe beispielsweise die JP 2004-39 506A).
  • Bei der oben genannten herkömmlichen Stromsteuer/regeleinheit war es aufgrund dessen, dass die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle und die Entladespannung der Sekundärbatterie, welche derart umgewandelt wurde, dass sie der Ausgangsspannung der Brennstoffzelle im Wesentlichen äquivalent ist, in die Umrichterschaltung des Stromumrichters eingegeben wurde, unmöglich, das Verhältnis zwischen der Abgabeleistung, welche von der Brennstoffzelle in die Umrichterschaltung des Stromumrichters eingegeben wurde, und der Abgabeleistung, welche von der Sekundärbatterie in die Umrichterschaltung des Stromumrichters eingegeben wurde, geeignet zu ändern. Daher war es schwierig, die gewünschte Abgabeleistung sicherzustellen, während gleichzeitig beispielsweise die Brennstoffzelle und die Sekundärbatterie gemäß einem Betriebszustand der Brennstoffzelle und einem Ladezustand der Sekundärbatterie geschützt ist.
  • Da weiterhin bei dem herkömmlichen Brennstoffzellensystem aufgrund von Verteilungen der elektrischen Leistung, welche der Last von der Brennstoffzelle und der Energiespeicherzelle zugeführt werden soll, lediglich nach Maßgabe der von der kommerziellen Stromversorgung bezogenen elektrischen Leistung eingestellt war, war es schwierig, beispielsweise die Verteilung der jeweiligen elektrischen Leistung, welche der Last von der kommerziellen Stromversorgung, der Brennstoffzelle und der Energiespeicherzelle zugeführt werden soll, in geeigneter Weise einzustellen, wobei jeweilige Schaltverluste an einem mit der Last verbundenen AC/DC-Wandler (Wechselspannungs-Gleichspannungswandler) und an einem zwischen der Brennstoffzelle und der Energiespeicherzelle liegenden DC/DC-Wandler (Gleichspannungswandler) berücksichtigt werden.
    •
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben genannten Umstände gemacht und die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, ein Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug bereitzustellen sowie ein Brennstoffzellenfahrzeug bereitzustellen, welches) für eine aus einer Brennstoffzelle und einer Energiespeichereinrichtung gebildeten Energie quelle eine effiziente Umwandlung elektrischer Energie (Stromrichtung, Umrichtung) durchführen kann, während durch Sicherstellen einer gewünschten Motorabgabeleistung eine Verschlechterung von Fahreigenschaften eines Fahrzeugs verhindert wird.
  • Zur Lösung der oben genannten Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung Folgendes bereit:
    D.h. die vorliegende Erfindung stellt ein Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug bereit, welches umfasst: einen eine Antriebsquelle des Brennstoffzellenfahrzeugs bildenden Motor, eine Motorsteuer/regeleinheit zum Steuern/Regeln eines Betriebsstatus des Motors sowie ein Brennstoffzellensystem, welches eine Energiequelle für den Motor ist. Das Brennstoffzellensystem umfasst: eine Brennstoffzelle, welche Reaktionsgase empfängt und elektrochemische Reaktionen zur Erzeugung von elektrischer Energie durchführt, eine Energiespeichereinrichtung, welche mit der von der Brennstoffzelle erzeugten elektrischen Energie und Regenerationsenergie von dem Motor geladen wird, einen zwischen der Energiespeichereinrichtung und der Motorsteuer/regeleinheit vorgesehenen ersten DC-DC-Wandler (Gleichspannungswandler), sowie einen zwischen der Brennstoffzelle und der Motorsteuer/regeleinheit vorgesehenen zweiten DC-DC-Wandler (Gleichspannungswandler). Das Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug umfasst: einen Schritt zum Erhalten einer Soll-Motorabgabeleistung, welcher eine Soll-Motorabgabeleistung entsprechend einem Öffnungsgrad einer Gasbetätigungseinrichtung erhält, und einen Steuer/Regelschritt für hohe Abgabeleistung, welcher die Operationen des ersten DC-DC-Wandlers und des zweiten DC-DC-Wandlers derart steuert/regelt, dass eine Ausgangsspannung des Brennstoffzellensystems gleich oder größer wird als eine vorbestimmte Spannung, die zum Sicherstellen einer gewünschten Motorabgabeleistung erforderlich ist, wenn die Soll-Motorabgabeleistung größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert der Abgabeleistung.
  • Gemäß dem Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug ist es sogar dann, wenn beispielsweise die Motorabgabeleistung von der gewünschten Motorabgabeleistung gemäß einer Verringerung der an den Motor anzulegenden Spannung in einem Bereich, in dem die Verringerungsspannung gleich oder kleiner als die vorbestimmte Spannung wird, zurückgeht, möglich zu verhindern, dass die Motorabgabeleistung kleiner als die gewünschte Motorabgabeleistung wird, indem der erste DC-DC-Wandler und der zweite DC-DC-Wandler derart angesteuert/geregelt werden, dass die Ausgangsspannung der Energiequelle vom Hybridtyp, welche aus der Brennstoffzelle und der Energiespeichereinrichtung gebildet wird, (d.h. der Spannung, die der Motorsteuer/regeleinheit zugeführt werden soll, welche gebildet ist aus der Umrichterschaltung, die die Spannung an den Motor anlegt und dgl.) gleich oder größer als die vorbestimmte Spannung wird. Demgemäß ist es sogar in einem Zustand mit hoher Abgabeleistung, in welchem die Soll-Motorabgabeleistung größer wird als der vorbestimmte Schwellenwert der Abgabeleistung, möglich die vom Motor abgegebene Leistung entsprechend der Soll-Motorabgabeleistung sicherzustellen.
  • Der Steuer/Regelschritt für hohe Abgabeleistung kann umfassen: einen Restkapazitätsbestimmungsschritt, welcher bestimmt, ob die Restkapazität der Energiespeichereinrichtung gleich oder kleiner ist als ein vorbestimmter Restkapazitätsschwellenwert, einen Spannungserhöhungsschritt, welcher eine Spannungserhöhungsoperation des zweiten DC-DC-Wandlers steuert/regelt, wenn in dem Restkapazitätsbestimmungsschritt bestimmt wird, dass die Restkapazität gleich oder kleiner als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert ist, sowie einen Begrenzungsschritt für die Leistungsabgabe der Energiespeichereinrichtung, welcher eine Operation des ersten DC-DC-Wandlers derart steuert/regelt, dass eine von der Energiespeichereinrichtung abgegebene elektrische Leistung gleich oder kleiner wird als ein vorbestimmter Schwellenwert der elektrischen Leistung, wenn in dem Restkapazitätsbestimmungsschritt bestimmt wird, dass die Restkapazität gleich oder kleiner ist als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert.
  • Gemäß dem Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug ist es dann, wenn bestimmt wird, dass die Restkapazität der Energiespeichereinrichtung gleich oder kleiner als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert ist, durch Steuern/Regeln einer Operation des ersten DC-DC-Wandlers derart, dass die von der Energiespeichereinrichtung abgegebene elektrische Leistung gleich oder kleiner wird als der vorbestimmte Schwellenwert der elektrischen Leistung, möglich, Probleme wie eine Verschlechterung der Energiespeichereinrichtung, beispielsweise aufgrund von übermäßiger Verringerung der Restkapazität der Energiespeichereinrichtung, zu verhindern.
  • Ferner ist es möglich, die gewünschte Motorabgabeleistung in Antwort auf den Öffnungsgrad der Gasbetätigungseinrichtung sicherzustellen, da die Motorsteuer/regeleinheit, welche gebildet ist aus einer Umrichterschaltung, die an den Motor Spannung anlegt, und dgl., mit der Spannung versorgt wird, welche durch die Spannungserhöhungsoperation für die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle durch den zweiten DC-DC-Wandler erhalten wird.
  • Der Steuer/Regelschritt für hohe Abgabeleistung kann umfassen: einen Direktverbindungsschritt, welcher den zweiten DC-DC-Wandler in einen direkt verbundenen Zustand einstellt, wenn in dem Restkapazitätsbestimmungsschritt bestimmt wird, dass die Restkapazität größer ist als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert, und einen Schaltsteuer/regelschritt, welcher eine Schaltoperation des ersten DC-DC-Wandlers steuert/regelt, wenn in dem Restkapazitätsbestimmungsschritt bestimmt wird, dass die Restkapazität größer ist als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert.
  • Gemäß dem Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug ist es dann, wenn bestimmt wird, dass die Restkapazität der Energiespeichereinrichtung größer ist als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert, durch Verbinden der Brennstoffzelle und der Motorsteuer/regeleinheit in einer direkt verbundenen (durchgeschalteten, durchgeschleiften) Weise möglich, Schaltverluste zu verhindern, die am zweiten DC-DC-Wandler erzeugt werden. Da ferner die aus der Umrichterschaltung, die Spannung an den Motor anlegt, und dgl. konstruierte Motorsteuer/regeleinheit mit Spannung versorgt wird, die durch die Schaltoperation für die Abgabeleistung der Energiespeichereinrichtung durch den ersten DC-DC-Wandler erhalten wird, ist es möglich, die gewünschte Motorabgabeleistung in Antwort auf einen Öffnungsgrad einer Gasbetätigungseinrichtung sicherzustellen, ohne die Abgabeleistung der Brennstoffzelle übermäßig zu erhöhen (d.h. ohne der Brennstoffzelle zugeführte Reaktionsgase in übermäßiger Weise zu verbrauchen).
  • Das Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug kann ferner umfassen: einen Steuer/Regelschritt für niedrige und mittlere Abgabeleistung, welcher Operationen des ersten DC-DC-Wandlers und des zweiten DC-DC-Wandlers derart steuert/regelt, dass eine Zufuhr einer elektrischen Abgabeleistung von der Brennstoffzelle zu dem Motor Vorrang einnimmt gegenüber einer Zufuhr elektrischer Abgabeleistung von der Energiespeichereinrichtung zu dem Motor, wenn die Soll-Motorabgabeleistung gleich oder kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert der Abgabeleistung.
  • Gemäß dem Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug wird es während eines Zustands geringer und mittlerer Abgabeleistung, in welchem die Soll-Motorabgabeleistung gleich oder kleiner wird als der vorbestimmte Schwellenwert der Abgabeleistung, durch Begrenzen oder Beenden der von der Energiespeichereinrichtung bereitgestellten Abgabeleistung und durch Bereitstellen in erster Linie der elektrischen Abgabeleistung der Brennstoffzelle, welche relativ größer ist als diejenige der Energiespeichereinrichtung, für den Motor, möglich, ein Ansteigen von Schaltverlusten am ersten DC-DC-Wandler zu verhindern, und dadurch in effizienter Weise die Motorabgabeleistung in Reaktion auf die Soll-Motorabgabeleistung sicherzustellen.
  • Der Steuer/Regelschritt für kleine und mittlere Abgabeleistung kann umfassen: einen Direktverbindungsschritt, welcher den zweiten DC-DC-Wandler in einen direkt verbundenen Zustand einstellt, sowie einen Leistungsabgabebeendigungsschritt für die Energiespeichereinrichtung, welcher eine Operation des ersten DC-DC-Wandlers derart steuert/regelt, dass eine von der Energiespeichereinrichtung abgegebene elektrische Leistung zu null wird.
  • Gemäß dem Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug ist es während eines Zustands mit geringer und mittlerer Abgabeleistung, in welchem die Soll-Motorabgabeleistung gleich oder kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert der Abgabeleistung ist, durch Beendigen der von der Energiespeichereinrichtung bereitgestellten Abgabeleistung und durch Verbinden der Motorsteuer/regeleinheit mit der Brennstoffzelle, welche eine relativ größere Abgabeleistung als diejenige der Energiespeichereinrichtung aufweist, in einer direkt verbundenen (durchgeschalteten, durchgeschleiften) Weise möglich, Schaltverluste, welche am ersten DC-DC-Wandler und am zweiten DC-DC-Wandler erzeugt werden, zu verhindern, und dadurch eine effiziente Sicherstellung der Motorabgabeleistung in Reaktion auf die Soll-Motorabgabeleistung zu erreichen.
  • Der Steuer/Regelschritt für kleine und mittlere Abgabeleistung kann umfassen: einen Direktverbindungsschritt, welcher den zweiten DC-DC-Wandler in einen direkt verbundenen Zustand einstellt, sowie einen Schaltsteuer/regelschritt, welcher eine Schaltoperation des ersten DC-DC-Wandlers steuert/regelt, wenn die Soll-Motorabgabeleistung größer ist als eine Abgabeleistung des Motors, welche einer von der Brennstoffzelle abgegebenen elektrischen Leistung entspricht.
  • Gemäß dem Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug ist es während eines Zustands niedriger und mittlerer Abgabeleistung, in welchem die Soll-Motorabgabeleistung gleich oder kleiner wird als der vorbestimmte Schwellenwert der Abgabeleistung, durch Verbinden der Motorsteuer/regel einheit mit der Brennstoffzelle, welche eine relativ größere Abgabeleistung aufweist als diejenige der Energiespeichereinrichtung, in einer direkt verbundenen (durchgeschalteten, durchgeschleiften) Weise möglich, Schaltverluste, die am zweiten DC-DC-Wandler erzeugt werden, zu verhindern. Ferner wird das Defizit bezüglich der Soll-Motorabgabeleistung (d.h. die Differenz zwischen der Soll-Motorabgabeleistung und der vom Motor abgegebenen Leistung in Reaktion auf die von der Brennstoffzelle abgegebene elektrische Leistung in dem direkt verbundenen Zustand) in geeigneter Weise sichergestellt, indem die Motorsteuer/regeleinheit mit Spannung versorgt wird, die durch Schaltoperation des ersten DC-DC-Wandlers auf die Ausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung erhalten wird.
  • Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung darüber hinaus ein Brennstoffzellenfahrzeug bereit, umfassend einen Motor, welcher eine Antriebsquelle des Brennstoffzellenfahrzeugs ist, eine Motorsteuer/regeleinheit zum Steuern/Regeln eines Betriebsstatus des Motors sowie ein Brennstoffzellensystem, welches eine Energiequelle für den Motor ist. Das Brennstoffzellensystem umfasst: eine Brennstoffzelle, welche Reaktionsgase empfängt und elektrochemische Reaktionen durchführt, um elektrische Energie zu erzeugen, eine Energiespeichereinrichtung, welche mit von der Brennstoffzelle erzeugter elektrischer Energie und Regenerationsenergie von dem Motor geladen wird, einen ersten DC-DC-Wandler (Gleichspannungswandler), der zwischen der Energiespeichereinrichtung und der Motorsteuer/regeleinheit vorgesehen ist, sowie einen zweiten DC-DC-Wandler (Gleichspannungswandler), der zwischen der Brennstoffzelle und der Motorsteuer/regeleinheit vorgesehen ist. Das Brennstoffzellenfahrzeug umfasst: eine Einrichtung zum Erhalten einer Soll-Motorabgabeleistung, welche eine Soll-Motorabgabeleistung entsprechend einem Öffnungsgrad einer Gasbetätigungseinrichtung erhält, eine Steuer/Regeleinheit für hohe Abgabeleistung, welche Operationen des ersten DC-DC-Wandlers und des zweiten DC-DC-Wandlers derart steuert/regelt, dass eine Ausgangsspannung von der Energiequelle gleich oder größer als eine vorbestimmte Spannung wird, welche zum Sicherstellen einer gewünschten Motorabgabe leistung erforderlich ist, wenn die Soll-Motorabgabeleistung größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert der Abgabeleistung.
  • Gemäß dem Brennstoffzellenfahrzeug ist es sogar dann, wenn beispielsweise die Motorabgabeleistung von der gewünschten Motorabgabeleistung nach Maßgabe einer Verringerung einer dem Motor zuzuführenden Spannung in einem Bereich, in dem die sich verringernde Spannung gleich oder kleiner wird als die vorbestimmte Spannung, möglich, zu verhindern, dass die vom Motor abgegebene Leistung kleiner wird als die gewünschte Motorabgabeleistung, indem der erste DC-DC-Wandler und der zweite DC-DC-Wandler derart angesteuert/geregelt werden, dass die von der Energiequelle vom Hybridtyp, welche konstruiert ist aus der Brennstoffzelle und der Energiespeichereinrichtung, gelieferte Spannung (d.h. die Spannung, die der Motorsteuer/regeleinheit zuzuführen ist, welche konstruiert ist aus der Umrichterschaltung, die die Spannung an den Motor anlegt, und dgl.) gleich oder größer als die vorbestimmte Spannung wird. Demzufolge wird es sogar in einem Zustand hoher Abgabeleistung, in welchem die Soll-Motorabgabeleistung größer wird als der vorbestimmte Schwellenwert Abgabeleistung, möglich, die Motorabgabeleistung entsprechend der Soll-Motorabgabeleistung sicherzustellen.
  • Die Steuer/Regeleinrichtung für hohe Abgabeleistung kann umfassen: eine Restkapazitätsbestimmungseinrichtung, welche bestimmt, ob die Restkapazität der Energiespeichereinrichtung gleich oder kleiner ist als ein vorbestimmter Restkapazitätsschwellenwert, eine Spannungserhöhungseinrichtung, welche eine Spannungserhöhungsoperation des zweiten DC-DC-Wandlers steuert/regelt, wenn durch die Restkapazitätsbestimmungseinrichtung bestimmt wird, dass die Restkapazität gleich oder kleiner als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert ist, eine Spannungserhöhungseinrichtung, welche eine Spannungserhöhungsoperation des zweiten DC-DC-Wandlers steuert/regelt, wenn durch die Restkapazitätsbestimmungseinrichtung bestimmt wird, dass die Restkapazität gleich oder kleiner ist als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert, sowie eine Begrenzungseinrich tung für die Leistungsabgabe der Energiespeichereinrichtung, welche eine Operation des ersten DC-DC-Wandlers derart steuert/regelt, dass eine elektrische Abgabeleistung der Energiespeichereinrichtung gleich oder kleiner wird als ein vorbestimmter Schwellenwert der elektrischen Leistung, wenn in der Restkapazitätsbestimmungseinrichtung bestimmt wird, dass die Restkapazität gleich oder kleiner ist als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert.
  • Gemäß dem Brennstoffzellenfahrzeug ist es dann, wenn bestimmt wird, dass die Restkapazität der Energiespeichereinrichtung gleich oder kleiner ist als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert, durch Steuern/Regeln einer Operation des ersten DC-DC-Wandlers derart, dass die elektrische Abgabeleistung der Energiespeichereinrichtung gleich oder kleiner wird als der vorbestimmte Schwellenwert der elektrischen Leistung, möglich, Probleme wie eine Verschlechterung der Energiespeichereinrichtung, beispielsweise aufgrund von übermäßiger Verringerung der Restkapazität der Energiespeichereinrichtung, zu verhindern.
  • Ferner ist es möglich, die gewünschte Motorabgabeleistung in Antwort auf den Öffnungsgrad der Gasbetätigungseinrichtung sicherzustellen, da die Motorsteuer/regeleinheit, welche gebildet ist aus einer Umrichterschaltung, die an den Motor Spannung anlegt, und dgl., mit der Spannung versorgt wird, welche durch die Spannungserhöhungsoperation für die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle durch den zweiten DC-DC-Wandler erhalten wird.
  • Die Steuer/Regeleinheit für hohe Abgabeleistung kann umfassen: eine Direktverbindungseinrichtung, welche den zweiten DC-DC-Wandler in einen direkt verbundenen Zustand einstellt, wenn durch die Restkapazitätsbestimmungseinrichtung bestimmt wird, dass die Restkapazität größer ist als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert, und eine Schaltsteuer/regeleinheit, welche eine Schaltoperation des ersten DC-DC-Wandlers steuert/regelt, wenn in der Restkapazitätsbestimmungseinrichtung bestimmt wird, dass die Restkapazität größer ist als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert.
  • Gemäß dem Brennstoffzellenfahrzeug ist es dann, wenn bestimmt wird, dass die Restkapazität der Energiespeichereinrichtung größer ist als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert, durch Verbinden der Brennstoffzelle und der Motorsteuer/regeleinheit in einer direkt verbundenen (durchgeschalteten, durchgeschleiften) Weise möglich, Schaltverluste zu verhindern, die am zweiten DC-DC-Wandler erzeugt werden. Da ferner die aus der Umrichterschaltung, die Spannung an den Motor anlegt, und dgl. konstruierte Motorsteuer/regeleinheit mit Spannung versorgt wird, die durch die Schaltoperation auf die Abgabeleistung der Energiespeichereinrichtung durch den ersten DC-DC-Wandler erhalten wird, ist es möglich, die gewünschte Motorabgabeleistung in Reaktion auf den Öffnungsgrad einer Gasbetätigungseinrichtung sicherzustellen, ohne die Abgabeleistung der Brennstoffzelle übermäßig zu erhöhen (d.h. ohne der Brennstoffzelle zugeführte Reaktionsgase in übermäßiger Weise zu verbrauchen).
  • Das Brennstoffzellenfahrzeug kann ferner umfassen: eine Steuer/Regeleinheit für niedrige und mittlere Abgabeleistung, welche Operationen des ersten DC-DC-Wandlers und des zweiten DC-DC-Wandlers derart steuert/regelt, dass eine Zufuhr einer elektrischen Abgabeleistung von der Brennstoffzelle zu dem Motor gegenüber einer Zufuhr elektrischer Abgabeleistung von der Energiespeichereinrichtung zu dem Motor Vorrang einnimmt, wenn die Soll-Motorabgabeleistung gleich oder kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert der Abgabeleistung.
  • Gemäß dem Brennstoffzellenfahrzeug wird es während eines Zustands geringer und mittlerer Abgabeleistung, in welchem die Soll-Motorabgabeleistung gleich oder kleiner wird als der vorbestimmte Schwellenwert der Abgabeleistung, durch Begrenzen oder Beenden der von der Energiespeichereinrichtung bereitgestellten Abgabeleistung und durch Bereitstellen in erster Linie der elektrischen Abgabeleistung der Brennstoffzelle, welche re lativ größer ist als diejenige der Energiespeichereinrichtung, für den Motor, möglich, ein Ansteigen von Schaltverlusten am ersten DC-DC-Wandler zu verhindern, und dadurch in effizienter Weise die Motorabgabeleistung in Reaktion auf die Soll-Motorabgabeleistung sicherzustellen.
  • Die Steuer/Regeleinheit für kleine und mittlere Abgabeleistung kann umfassen: eine Direktverbindungseinrichtung, welche den zweiten DC-DC-Wandler in einen direkt verbundenen Zustand einstellt, sowie eine Leistungsabgabebeendigungseinrichtung für die Energiespeichereinrichtung, welche eine Operation des ersten DC-DC-Wandlers derart steuert/regelt, dass eine von der Energiespeichereinrichtung abgegebene elektrische Leistung zu null wird.
  • Gemäß dem Brennstoffzellenfahrzeug ist es während eines Zustands mit geringer und mittlerer Abgabeleistung, in welchem die Soll-Motorabgabeleistung gleich oder kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert der Abgabeleistung wird, durch Beendigen der von der Energiespeichereinrichtung bereitgestellten Abgabeleistung und durch Verbinden der Motorsteuer/regeleinheit mit der Brennstoffzelle, welche eine relativ größere Abgabeleistung als diejenige der Energiespeichereinrichtung aufweist, in einer direkt verbundenen (durchgeschalteten, durchgeschleiften) Weise möglich, Schaltverluste, welche am ersten DC-DC-Wandler und am zweiten DC-DC-Wandler erzeugt werden, zu verhindern, und dadurch eine effiziente Sicherstellung der Motorabgabeleistung in Reaktion auf die Soll-Motorabgabeleistung zu erreichen.
  • Der Steuer/Regeleinheit für kleine und mittlere Abgabeleistung kann umfassen: eine Direktverbindungseinrichtung, welcher den zweiten DC-DC-Wandler in einen direkt verbundenen Zustand einstellt, sowie eine Schaltsteuer/regeleinheit, welche eine Schaltoperation des ersten DC-DC-Wandlers steuert/regelt, wenn die Soll-Motorabgabeleistung größer ist als eine Abgabeleistung des Motors, die einer von der Brennstoffzelle abgegebenen elektrischen Leistung entspricht.
  • Gemäß dem Brennstoffzellenfahrzeug ist es während eines Zustands niedriger und mittlerer Abgabeleistung, in welchem die Soll-Motorabgabeleistung gleich oder kleiner wird als der vorbestimmte Schwellenwert der Abgabeleistung, durch Verbinden der Motorsteuer/regeleinheit mit der Brennstoffzelle, welche eine relativ größere Abgabeleistung aufweist als diejenige der Energiespeichereinrichtung, in einer direkt verbundenen (durchgeschalteten, durchgeschleiften) Weise, möglich Schaltverluste, die am zweiten DC-DC-Wandler erzeugt werden, zu verhindern. Ferner wird das Defizit bezüglich der Soll-Motorabgabeleistung (d.h. die Differenz zwischen der Soll-Motorabgabeleistung und der vom Motor abgegebenen Leistung in Reaktion auf die von der Brennstoffzelle abgegebene elektrische Leistung in dem direkt verbundenen Zustand) in geeigneter Weise sichergestellt, indem die Motorsteuer/regeleinheit mit Spannung versorgt wird, die durch Schaltoperation des ersten DC-DC-Wandlers auf die Ausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung erhalten wird.
    •
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 eine Konstruktion eines Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein Schaubild, welches ein Beispiel eines Zeitverlaufs einer elektrischen Versorgungsleistung für einen Motor sowie elektrischer Abgabeleistungen einer Brennstoffzelle und einer Energiespeichereinrichtung zeigt; ein Schaubild, welches ein Beispiel eines Zeitverlaufs einer Versorgungsspannung für den Motor sowie einer Ausgangsspannung der Brennstoffzelle zeigt; sowie ein Schaubild, welches ein Beispiel eines Zeitverlaufs einer Restkapazität einer Energiespeichereinrichtung zeigt;
  • 3 ein Schaubild, das ein Beispiel von vorbestimmten Charakteristiken bei einer an den Motor angelegten Spannung und einer ma ximalen Abgabeleistung, die von dem Motor abgegeben werden kann, zeigt; ein Schaubild, welches ein Beispiel von Charakteristiken der Brennstoffzelle zeigt; und ein Schaubild, welches ein Beispiel von vorbestimmten Charakteristiken der Energiespeichereinrichtung zeigt;
  • 4 ein Flussdiagramm, welches ein Steuer/Regelverfahren für ein in 1 gezeigtes Brennstoffzellenfahrzeug zeigt.
  • Ein Brennstoffzellenfahrzeug und ein Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
  • Wie beispielsweise in 1 gezeigt ist, umfasst ein Brennstoffzellenfahrzeug 10 der vorliegenden Erfindung eine Energiespeichereinrichtung 11, einen ersten DC-DC-Wandler (Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler) 12, eine Brennstoffzelle 13, einen zweiten DC-DC-Wandler (Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler) 14, eine PDU (Leistungstreibereinheit) 15, einen Motor 16, eine Abgabeleistungssteuer/regeleinheit 17, eine Luftzufuhreinrichtung (A/P) 18, einen Wasserstofftank 19a und ein Wasserstoffzufuhrventil 19b, ein Gegendruckventil 20, ein Spülventil 21, eine Steuer/Regeleinheit 22, einen Systemspannungssensor 31, einen ersten Spannungssensor 32, einen ersten Stromsensor 33, einen zweiten Spannungssensor 34, einen zweiten Stromsensor 35, einen Motordrehzahlsensor 36 und einen Sensor 37 für die Öffnung einer Gasbetätigungseinrichtung.
  • Die Energiespeichereinrichtung 11 ist ein Kondensator oder eine Batterie oder dgl., welche beispielsweise aus einem elektrischen Doppelschichtkondensator, einem Elektrolytkondensator oder dgl. gebildet ist. Die Energiespeichereinrichtung 11 ist mit dem zweiten DC-DC-Wandler 14 und der PDU 15 parallel geschaltet, und zwar über den interaktiven ersten DC-DC-Wandler 12.
  • Der erste DC-DC-Wandler 12 ist derart ausgebildet, dass er beispielsweise eine interaktive Stromwandlerschaltung vom Unterbrechertyp enthält, welche die Anschlussspannung VE erhöhen kann und die Systemspannung VS der Energiespeichereinrichtung 11 verringern kann. Der erste DC-DC-Wandler 12 steuert/regelt den Abgabestrom IE, welcher von der Energiespeichereinrichtung 11 abgegeben wird, und zwar durch Unterbrechungsoperationen, um die an die Last angelegte Spannung und den der Last zugeführten Strom zu unterbrechen, d.h. durch EIN- und AUS-Operationen (Schaltoperationen) eines Schaltelements, welches in der Leistungswandlerschaltung vom Unterbrechertyp vorgesehen ist. Die Schaltoperationen werden nach Maßgabe einer Ansteuerung eines Steuer/Regelimpulses gesteuert/geregelt, welcher von der Steuer/Regeleinheit 22 eingegeben wird (d.h. dem Verhältnis von EIN- und AUS-Operationen).
  • D.h. der erste DC-DC-Wandler kann durch Verringern der Systemspannung VS, welche sich auf die Erzeugung der Brennstoffzelle 13 und die Regenerationsoperationen des Motors 16 bezieht, die Energiespeichereinrichtung 11 laden. Weiterhin kann der erste DC-DC-Wandler 12 die Anschlussspannung VE der Energiespeichereinrichtung 11 erhöhen und dieselbe an die PDU 15 anlegen.
  • Ferner verhindert der erste DC-DC-Wandler 12 die Ausgabe des Abgabestroms IE von der Energiespeichereinrichtung 11 nach Maßgabe des Betriebsstatus des Brennstoffzellenfahrzeugs 10. Wenn auf diese Weise beispielsweise die Ansteuerung der Steuer/Regelimpulseingabe von der Steuer/Regeleinheit 22 an den ersten DC-DC-Wandler 12 auf 0% eingestellt ist, befindet sich das Schaltelement, welches im ersten DC-DC-Wandler 12 vorgesehen ist, fest im AUS-Zustand, und die Energiespeichereinrichtung 12 und die PDU 5 sind dadurch elektrisch voneinander getrennt. Da ferner in diesem Fall beispielsweise die Ansteuerung des Steuer/Regelimpulses auf einen geeigneten Wert eingestellt ist, der innerhalb eines Bereichs zwischen 0% und 100% liegt, werden EIN- und AUS-Operationen des Schaltelements, welches im ersten DC-DC-Wandler 12 vorgesehen ist, derart gesteuert/geregelt, dass die Abgabeleistung des ersten DC-DC-Wandlers 12 zu null wird.
  • Somit wird jedes der Messsignale von dem ersten Spannungssensor 32, welcher die Anschlussspannung VE der Energiespeichereinrichtung 11 misst, und des ersten Stromsensors 33, welcher den Ladestrom und den Entladestrom der Energiespeichereinrichtung 11 misst, in die Steuer/Regeleinheit 22 eingegeben.
  • Die Brennstoffzelle 13 umfasst eine Mehrzahl von Schichten von Brennstoffzellen, wobei jede Brennstoffzelle eine Elektrolytelektrodenstruktur ist, welche aus einer festen hochpolymeren Elektrolytmembran gebildet ist, die wiederum aus einer Kationenaustauschmembran und dgl. gebildet ist, welche zwischen einer aus einem Anodenkatalysator und einer Gasdiffusionsschicht hergestellten Brennstoffelektrode (einer Anode) und einer aus einem Kathodenkatalysator und einer Gasdiffusionsschicht hergestellten Sauerstoffelektrode (einer Kathode) angeordnet ist, wobei die Elektrolytelektrodenstruktur ferner zwischen einem Paar von Separatoren angeordnet ist. Diese gestapelten Brennstoffzellen sind wiederum von beiden Seiten in der Stapelrichtung derselben her zwischen einem Paar von Endplatten angeordnet.
  • Luft, welche ein Oxidanzgas (Reaktionsgas) ist, welches Sauerstoff enthält, wird von der Luftzufuhreinrichtung 18, welche einen Luftkompressor und dgl. aufweist, zur Kathode der Brennstoffzelle 13 zugeführt, während Brenngas (Reaktionsgas), welches Wasserstoff enthält, beispielsweise aus dem unter Hochdruck stehenden Wasserstofftank 19a über das Wasserstoffzufuhrventil 19b zur Anode der Brennstoffzelle 13 zugeführt wird.
  • Durch katalytische Reaktionen am Anodenkatalysator der Anode ionisierter Wasserstoff wandert zur Kathode über die in geeigneter Weise befeuchtete feste hochpolymere Elektrolytmembran. Weiterhin werden einhergehend mit dieser Migration erzeugte Elektronen zu einer äußeren Schaltung abgezogen und als elektrische Gleichstromenergie verwendet. An der Kathode reagieren Wasserstoffionen, Elektronen und Sauerstoff und erzeugen Wasser.
  • Das Wasserstoffzufuhrventil 19b ist beispielsweise von einem Pneumatiktyp eines Proportionaldrucksteuer/regelventils, welches den Luftdruck, der von der Luftzufuhreinrichtung 18 zugeführt wird, als einen Signaldruck nimmt, und steuert/regelt den Druck am Austrittspunkt des Wasserstoffzufuhrventils 19b des Wasserstoffgases, welches durch das Wasserstoffzufuhrventil 19b tritt, und zwar derart, dass er innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, welcher dem Signaldruck entspricht.
  • Weiterhin nimmt die Luftzufuhreinrichtung 18, welche einen Luftkompressor oder dgl. aufweist, Luft auf, beispielsweise von der Außenseite des Kraftstoffzellenfahrzeugs, komprimiert diese und führt die Luft als Reaktionsgas der Kathode der Brennstoffzelle 13 zu. Die Drehzahl des Motors (nicht gezeigt), welcher die Luftzufuhreinrichtung 18 antreibt, wird durch die Abgabeleistungssteuer/regeleinheit 17 gesteuert/geregelt, welche beispielsweise einen PWM-Wechselrichter aufweist, welcher in einem Pulsweitenmodulationsmodus (PWM) arbeitet und zwar aufgrund einer von der Steuer/Regeleinheit 22 gesendeten Steuer/Regelanweisung.
  • Das nicht reagierte abgegebene Gas, welches von dem Wasserstoffabgabeauslass 13a der Brennstoffzelle 13 abgegeben wird, wird in eine Verdünnungsbox (nicht gezeigt) über ein Abgabesteuer/regelventil (nicht gezeigt) abgegeben, welches durch die Steuer/Regeleinheit 22 im Sinne eines Öffnens und im Sinne eines Schließens gesteuert/geregelt wird, und wird nach außen (Atmosphäre oder dgl.) über das Spülventil 21 abgegeben, nachdem sich die Wasserstoffkonzentration desselben in der Verdünnungsbox auf eine vorbestimmte Konzentration verdünnt hat.
  • Weiterhin wird ein Teil des nicht reagierten abgegebenen Gases, welches von dem Wasserstoffabgabeauslass 13a der Brennstoffzelle 13 abgegeben wird, in einen Zirkulationsweg (nicht gezeigt) eingeführt, welcher beispielsweise eine Zirkulationspumpe (nicht gezeigt), einen Ejektor (nicht gezeigt) und dgl. aufweist. Von dem Wasserstofftank 19a zugeführter Wasserstoff und das von der Brennstoffzelle 13 abgegebene Abgabegas werden gemischt und der Brennstoffzelle 13 erneut zugeführt.
  • Nicht reagiertes abgegebenes Gas, welches von einem Luftabgabeauslass 13b der Brennstoffzelle 13 abgegeben wird, wird nach außen (Atmosphäre oder dgl.) über das Gegendruckventil 20 abgegeben, dessen Ventilöffnungsgrad durch die Steuer/Regeleinheit 22 gesteuert/geregelt wird.
  • Der zweite DC-DC-Wandler 14 ist derart ausgebildet, dass er beispielsweise eine interaktive Leistungswandlerschaltung vom Unterbrechertyp aufweist, welche die Ausgangsspannung VF der Brennstoffzelle 13 erhöhen und verringern kann. Der zweite DC-DC-Wandler 14 steuert/regelt den Abgabestrom IF, der von der Brennstoffzelle 13 abgegeben wird, und zwar durch Unterbrechungsoperationen zum Unterbrechen der an die Last angelegten Spannung und des der Last zugeführten Stroms, d.h. durch EIN- und AUS-operationen (Schaltoperationen) eines Schaltelements, welches in der Leistungswandlerschaltung vom Unterbrechertyp vorgesehen ist. Die Schaltoperationen werden nach Maßgabe einer von der Steuer/Regeleinheit 22 eingegebenen Ansteuerung eines Steuer/Regelimpulses gesteuert/geregelt (d.h. des Verhältnisses von EIN- und AUS-Operationen).
  • Beispielsweise erhöht der zweite DC-DC-Wandler 14 die Ausgangsspannung VF der Brennstoffzelle 13 nach Maßgabe des Antriebsstatus des Brennstoffzellenfahrzeugs 10. In diesem Fall wird die Ansteuerung des Steuer/Regelimpulses auf einen geeigneten Wert innerhalb eines Bereichs zwischen 0% und 100% eingestellt, der Abgabestrom IF der Brennstoffzelle 13, welcher ein Primärstrom ist, in geeigneter Weise nach Maßgabe der An steuerung des Steuer/Regelimpulses begrenzt und der begrenzte Strom als ein Sekundärstrom abgegeben.
  • Ferner stellt der zweite DC-DC-Wandler 14 eine direkte Verbindung zwischen der Brennstoffzelle 13 und der PDU 15 nach Maßgabe des Antriebsstatus des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 her. Wenn die Ansteuerung des Steuer/Regelimpulses auf 100% eingestellt ist und wenn das Schaltelement im EIN-Zustand fixiert ist, werden auf diese Weise die Ausgangsspannung VF der Brennstoffzelle 13 und die Systemspannung VS, welche eine Eingangsspannung der PDU 15 ist, zueinander äquivalente Werte.
  • Jedes von Messsignalen, welche dem zweiten die Ausgangsspannung VF der Brennstoffzelle 13 messenden Spannungssensor 34 abgegeben werden und vom zweiten den Abgabestrom IF der Brennstoffzelle 13 messenden Stromsensor 35 abgegeben werden, werden in die Steuer/Regeleinheit 22 eingegeben.
  • Die Brennstoffzelle 13 und die Energiespeichereinrichtung 11, welche das Brennstoffzellensystem bilden, arbeiten als Batterien für den Motor 16.
  • Die PDU 15 ist beispielsweise mit einem PWM-Wechselrichter versehen, der in einem Pulsweitenmodulationsmodus (PWM) arbeitet und der die Antriebs- und Regenerationsoperationen des Motors 16 auf Grundlage von Steuer/Regelanweisungen steuert/regelt, die von der Steuer/Regeleinheit 22 gesendet werden. Dieser PWM-Wechselrichter ist mit einer Brückenschaltung versehen, welche gebildet ist durch Verschalten einer Mehrzahl von beispielsweise Transistorschaltelementen derart, dass diese eine Brücke bilden. Während beispielsweise des Antriebs des Motors 16 wandelt der PWM-Wechselrichter auf Grundlage des von der Steuer/Regeleinheit 22 angegebenen Pulsweitenmodulationssignals die Gleichstromleistung, die von dem ersten DC-DC-Wandler 12 und dem zweiten DC-DC-Wandler 14 abgegeben werden, in eine Dreiphasenwechselstromleistung um und führt diese dem Motor 16 zu. Während andererseits der Motor 16 sich in einer Regenerationsoperation befindet, wird die Dreiphasenwechselstromleistung, die von dem Motor 16 abgegeben wird, in die Gleichtstromleistung umgewandelt, und die Gleichstromleistung wird der Energiespeichereinrichtung 11 über den ersten DC-DC-Wandler 12 zur Ladung der Energiespeichereinrichtung 11 zugeführt.
  • Weiterhin ist der Motor 16 beispielsweise durch einen Dreiphasenwechselstrommotor vom Permanentmagnettyp gebildet, welcher Permanentmagnete für das Magnetfeld verwendet, und ist derart gesteuert/geregelt, dass er durch die von der PDU 15 bereitgestellte Dreiphasenwechselstromleistung angetrieben wird. Während das Brennstoffzellenfahrzeug sich in Verzögerung befindet, arbeitet dann, wenn die Antriebsleistung von den Antriebsrädern WF zum Motor 16 übertragen wird, der Motor 16 darüber hinaus als ein Generator und erzeugt eine sogenannte regenerative Bremskraft, um die kinetische Energie des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 als elektrische Energie wiederzugewinnen.
  • Die Steuer/Regeleinheit 22 steuert/regelt den Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle 13 durch Ausgabe von Anweisungen für den Druck und die Strömungsrate des von der Luftzufuhreinrichtung 18 zur Brennstoffzelle 13 zugeführten Reaktionsgases und eine Anweisung für einen Ventilöffnungsgrad des Gegendruckventils 20, beispielsweise auf Grundlage des Antriebszustands des Brennstoffzellenfahrzeugs, der Konzentration des Wasserstoffs, welcher in dem der Anode der Brennstoffzelle 13 zugeführten Reaktionsgas enthalten ist, der Konzentration des Wasserstoffs, welcher in dem von der Anode der Brennstoffzelle 13 abgegebenen Abgabegas enthalten ist, und des Stromerzeugungszustands der Brennstoffzelle 13 (beispielsweise der Spannung zwischen Anschlüssen der Mehrzahl von Brennstoffzellen, der Ausgangsspannung VF der Brennstoffzelle 13, des Abgabestroms IF, welcher von der Brennstoffzelle 13 abgegeben wird, und der Innentemperatur der Brennstoffzelle 13).
  • Ferner steuert/regelt die Steuer/Regeleinheit 22 eine elektrische Leistungswandleroperation des PWM-Wechselrichters, welcher durch die PDU 15 bereitgestellt wird. Beispielsweise berechnet die Steuer/Regeleinheit 22 während eines Antriebs des Motors 16 eine Drehmomentanweisung, welche ein Anweisungswert für das von dem Motor 16 abgegebene Drehmoment ist, und zwar auf Grundlage des Messsignals, welches von dem Sensor 37 für den Öffnungsgrad der Gasbetätigungseinrichtung abgegeben wird, der einen Öffnungsgrad AC der Gasbetätigungseinrichtung misst, der der Antriebsbetätigung der Gasbetätigungseinrichtung durch den Fahrer entspricht, und des Messsignals, welches von dem Motordrehzahlsensor 36 abgegeben wird, und zwar unter Bezugnahme auf beispielsweise ein Drehmomentanweisungskennfeld oder dgl., welches im Voraus festgelegt wurde, und zwar derart, dass es die vorbestimmte Beziehung zwischen dem Öffnungsgrad AC der Gasbetätigungseinrichtung, der Drehzahl NM und der Drehmomentanweisung anzeigt. Daraufhin berechnet die Steuer/Regeleinheit 22 die Soll-Motorabgabeleistung, welche erforderlich ist, um den Motor 16 zur Abgabe des der Drehmomentanweisung entsprechenden Drehmoments zu bringen. Dann stellt die Steuer/Regeleinheit nach Maßgabe der Soll-Motorabgabeleistung die Schaltanweisung (d.h. das Pulsweitenmodulationssignal) ein, welche gebildet ist aus Impulsen zum Treiben von EIN- und AUS-Schaltoperationen des Schaltelements des PWM-Wechselrichters durch die Pulsweitenmodulation (PWM).
  • Wenn die Schaltanweisung von der Steuer/Regeleinheit 22 in die PDU 15 eingegeben wird, fließt der Strom sequenziell durch die Statorspulenwicklungen (nicht gezeigt) jeder Phase des Motors 16. Hierbei wird der Betrag der angelegten Spannung (d.h. die Amplitude) und die Phase der U-Phase, V-Phase und W-Phase gesteuert/geregelt. Dann werden Phasenströme für die U-Phase, V-Phase und W-Phase, welche der Drehmomentanweisung entsprechen, jeder der Phasen des Motors 16 zugeführt.
  • Daher werden das von dem Systemspannungssensor 31, der die Systemspannung VS, die eine Eingangsspannung beispielsweise für die PDU 15 ist, misst, abgegebene Messsignal, das von dem Motordrehzahlsensor 36, der die Drehzahl NM des Motors 16 (d.h. die Motordrehzahl) misst, abgegebene Messsignal, und das von dem das von dem Sensor 37 für den Öffnungsgrad der Gasbetätigungseinrichtung, welcher den Betrag der Öffnung der Gasbetätigungseinrichtung, der der Betätigung der Gasbetätigungseinichtung durch den Fahrer entspricht, misst, in die Steuer/Regeleinheit 22 eingegeben.
  • Weiterhin berechnet die Steuer/Regeleinheit 22 die Restkapazität SOC der Energiespeichereinrichtung 11, beispielsweise indem eine integrierter Ladebetrag und ein integrierter Entladebetrag durch Integrieren des Ladestroms und des Entladestroms der Energiespeichereinrichtung 11 jeden vorbestimmten Zeitabstand berechnet werden, und durch Addieren dieses integrierten Ladebetrags und integrierten Entladebetrags zu einer Restkapazität im Anfangszustand oder vor dem Starten des Ladens und Entladens, oder Subtrahieren dieses integrierten Ladebetrags und integrierten Entladebetrags von der Restkapazität im Anfangszustand oder vor dem Start des Ladens und Entladens.
  • Dann gibt die Steuer/Regeleinheit 22 einen Steuer/Regelimpuls zum Steuern/Regeln der elektrischen Leistungswandlungsoperationen des zweiten DC-DC-Wandlers 14 nach Maßgabe der Soll-Motorabgabeleistung und der Restkapazität SOC der Energiespeichereinrichtung 11 aus, steuert/regelt den Wert des Abgabestroms IF, der von der Brennstoffzelle 13 abgegeben wird, gibt den Steuer/Regelimpuls zum Steuern/Regeln der elektrischen Leistungswandlungsoperationen des ersten DC-DC-Wandlers aus und steuert/regelt hierdurch das Laden und Entladen der Energiespeichereinrichtung 11.
  • Demzufolge wird jedes von Messsignalen, welche von dem ersten Spannungssensor 32 ausgegeben werden, der die Anschlussspannung VE der Energiespeichereinrichtung 11 misst, und von dem ersten Stromsensor 33 ausgegeben werden, der den Ladestrom und den Entladestrom der Energiespeichereinrichtung 11 misst, in die Steuer/Regeleinheit 22 eingegeben.
  • Das Brennstoffzellenfahrzeug 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt die oben genannte Konstruktion und die Betriebsweise der Steuer/Regeleinheit 22, das Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug 10 werden im Folgenden unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben.
  • Zunächst wird im Folgenden eine Erläuterung gegeben für Operationen zum Steuern/Regeln des ersten DC-DC-Wandlers 12 und des zweiten DC-DC-Wandlers 14 derart, dass dann, wenn die Soll-Motorabgabeleistung den vorbestimmten Schwellenwert der Abgabeleistung überschreitet, die Systemspannung VS des Brennstoffzellensystems, das mit der Brennstoffzelle 13 der Energiespeichereinrichtung 11, welche als Batterien für den Motor 16 arbeiten, versehen ist, gleich oder größer als die vorbestimmte Spannung wird, die zum Sicherstellen der gewünschten Motorabgabeleistung erforderlich ist.
  • Wie in in der unten gezeigten 2 und Tabelle 1 zu sehen ist, wird innerhalb einer Zeitdauer von t0 bis tm, während der das Brennstoffzellenfahrzeug 10 startet und beschleunigt, während einer Zeitdauer C1 von dem Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1, zu dem die an den Motor 16 angelegte Spannung die vorbestimmte Spannung V2 erreicht, der erste DC-DC-Wandler 12 in einen AUS-Zustand eingestellt in welchem eine elektrische Verbindung beendet ist, oder wird derart eingestellt, dass er eine Schaltoperation durchführt, bei welcher die abgegebene elektrische Leistung zu null wird, während der zweite DC-DC-Wandler in einen EIN-Zustand eingestellt wird, welcher ein elektrisch direkt verbundener (durchgeschalteter, durchgeschleifter) Zustand ist. Demgemäß wird die Entnahme des Abgabestroms IE aus der Energiespeichereinrichtung 11 verhindert und der Motor wird mit dem Abgabestrom IF von der Brennstoffzelle 13 versorgt, was im Vergleich zu demjenigen der Energiespeichereinrichtung 11 eine relativ große Abgabe ist. Während weiterhin die von der Energiespeichereinrichtung 11 abgegebene elektrische Leistung bei null gehalten bleibt, steigen die von der Brennstoffzelle 13 abgegebene elektrische Leistung und die dem Motor 16 zugeführte elektrische Leistung allmählich von null zu der geeigneten elektrischen Leistung, beispielsweise P2, an.
  • Gleichzeitig nimmt in einer vorbestimmten Charakteristik zwischen dem Abgabestrom IF und der Ausgangsspannung VF der Brennstoffzelle 13 (d.h. in einer I-V-Charakteristik) aufgrund dessen, dass die Ausgangsspannung VF nach Maßgabe des Ansteigens des Abgabestroms IF abnimmt, die Ausgangsspannung VF der Brennstoffzelle 13 und die an den Motor 16 angelegte Spannung allmählich von der geeigneten Spannung V3 auf die vorbestimmte Spannung, beispielsweise V2 (< V3), ab. Darüber hinaus bleibt die Restkapazität SOC der Energiespeichereinrichtung 11 die geeignete Restkapazität SOC3. Tabelle I
    Figure 00240001
    Wenn danach das Brennstoffzellenfahrzeug 10 sich in dem Beschleunigungszustand (d.h. einem Zustand, in welchem die von dem Motor 16 abgegebene Leistung sich mit einer ansteigenden Tendenz ändert) befindet, werden während einer Zeitdauer C2 die folgenden Operationen durchgeführt: Es wird von dem Zeitpunkt t1, zu dem die dem Motor 16 zugeführte elektrische Leistung die geeignete elektrische Leistung P2 erreicht, bis zu dem Zeitpunkt t2, zu dem die von dem Motor 16 abgegebene Leistung auf das Erreichen des vorbestimmten Schwellenwerts Pa der elektrischen Leistung durch die dem Motor 16 zugeführte elektrischen Leistung hin den vorbestimmten Schwellenwert der Abgabeleistung erreicht, bewirkt, dass die an den Motor 16 angelegte Spannung die vorbestimmte Spannung V2 erreicht. D.h. während der Zeitdauer C2 wird beispielsweise dann, wenn die Leistungsunterstützung (Unterstützung) durch die Energiespeichereinrichtung 11 durchgeführt wird, der erste DC-DC-Wandler 12 derart eingestellt, dass er eine Spannungserhöhungsoperation (d.h. Schaltoperation) für die Anschlussspannung VE der Energiespeichereinrichtung 11 durchführt, während der zweite DC-DC-Wandler 14 in den EIN-Zustand eingestellt wird, welcher ein elektrisch direkt verbundener (durchgeschalteter, durchgeschleifter) Zustand ist.
  • Gleichzeitig wird der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle 13 derart gesteuert/geregelt, dass die elektrische Abgabeleistung derselben die geeignete elektrische Leistung P2 bleibt. Die von der Brennstoffzelle 13 abgegebene Spannung VF und die an den Motor 16 angelegte Spannung bleibt bei der vorbestimmten Spannung V2 aufrecht erhalten. Demgemäß wird die Entnahme des Abgabestroms IE von der Energiespeichereinrichtung 11 gestartet und der Abgabestrom IE von der Energiespeichereinrichtung 11 und der Abgabestrom IF von der Brennstoffzelle 13 werden dem Motor 16 zugeführt. Im Ergebnis nimmt die von der Energiespeichereinrichtung 11 abgegebene elektrische Leistung und die dem Motor 16 zugeführte elektrische Leistung allmählich zu, während die von der Brennstoffzelle 13 abgegebene elektrische Leistung die geeignete elektrische Leistung P2 bleibt. Die Restkapazität SOC der Energiespeichereinrichtung 11 ändert sich dann derart, dass sie von der geeigneten Restkapazität SOC3 aus abnimmt.
  • Wie beispielsweise in 3 gezeigt ist, werden hierbei in einer vorbestimmten Charakteristik PM, welche die Beziehung zwischen der an den Motor 16 angelegten Spannung und der maximalen Abgabeleistung, die von dem Motor 16 abgegeben werden kann, anzeigt, die folgenden Operationen durchgeführt. D.h. in einem Bereich, in dem die an den Motor 16 angelegte Spannung gleich oder größer als die vorbestimmte Spannung V2 ist, bleibt die maximale Abgabeleistung, die von dem Motor 16 abgegeben werden kann, der vorbestimmte Wert P0 (≥ P3), und zwar ungeachtet der Änderung der angelegten Spannung, während in einem Bereich, in dem die an den Motor 16 angelegte Spannung kleiner als die vorbestimmte Spannung V2 ist, die maximale Abgabeleistung des Motors 16 sich derart ändert, dass sie nach Maßgabe der abnehmenden angelegten Spannung abnimmt. Demzufolge ist es dadurch, dass wenigstens verhindert wird, dass die an den Motor 16 angelegte Spannung kleiner wird als die vorbestimmte Spannung V2, möglich, zu verhindern, dass die maximale Abgabe, die von dem Motor 16 abgegeben werden kann, auf Werte unterhalb des vorbestimmten Werts P0 abnimmt.
  • Wie beispielsweise in 3 gezeigt ist, ändert sich demgemäß während einer Zeitdauer von dem Zeitpunkt t0 zum Zeitpunkt t1, in der die an den Motor 16 angelegte Spannung sich derart ändert, dass sie von der geeigneten Spannung V3 auf die vorbestimmte Spannung V2 abnimmt, die maximale Abgabeleistung PS des Brennstoffzellensystems, welches mit der Energiespeichereinrichtung 11 und der Brennstoffzelle 13, welche Batterien des Motors 16 sind, ausgerüstet ist, entlang der Abgabecharakteristik der Brennstoffzelle 13, welche sich wiederum derart ändert, dass die maximale Abgabeleistung nach Maßgabe der Verringerung der Ausgangsspannung VF ansteigt. Nach dem Zeitpunkt t1 und nachdem die an den Motor 16 angelegte Spannung die vorbestimmte Spannung V2 erreicht, ändert sie sich entlang der Abgabeleistungscharakteristik PE der Energiespeichereinrichtung 11, die die maximale Abgabeleistung erhöhen kann, während sie die Ausgangsspannung VE auf dem geeigneten Wert hält.
  • Wenn weiterhin die Soll-Motorabgabeleistung bei der geeigneten angelegten Spannung größer ist als die maximale Abgabeleistung der Brennstoffzelle 13, beispielsweise dann, wenn die Brennstoffzelle 10 einen plötzlichen Start (jackrabbit start) ausführen soll, wird die Abgabeleistungsunterstützung (Un terstützung) durch die Energiespeichereinrichtung 11 ausgeführt. Im Ergebnis ändert sich die maximale Abgabeleistung PS2 des Brennstoffzellensystems entlang der Abgabeleistungscharakteristik, welche die Summe der Abgabeleistungscharakteristik PF der Brennstoffzelle 13 und der Abgabeleistung der Energiespeichereinrichtung 11 ist.
  • Wie beispielsweise in 2 gezeigt ist, werden etwa dann, wenn das Brennstoffzellenfahrzeug 10 sich von dem Beschleunigungszustand zum Normalfahrzustand bewegt, die folgenden Operationen während einer Zeitdauer C3 durchgeführt, welche umfasst: eine Zeitdauer von dem Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt tm, zu dem die dem Motor 16 zugeführte elektrische Leistung von dem vorbestimmten Schwellenwert Pa der elektrischen Leistung zur geeigneten elektrischen Leistung P3 ansteigt, und eine Zeitdauer vom Zeitpunkt tm zum Zeitpunkt t2, zu der die dem Motor 16 zugeführte elektrische Leistung derart gesteuert/geregelt wird, dass die elektrische Leistung P3 beibehalten bleibt. D.h., wenn beispielsweise eine Anweisung zum Ausführen der Abgabeleistungsunterstützung (Unterstützung) durch die Energiespeichereinrichtung 11 vorliegt, wird der erste DC-DC-Wandler 12 derart eingestellt, dass er die Spannungserhöhungsoperation (d.h. die Schaltoperation) für die Anschlussspannung VE der Energiespeichereinrichtung 11 ausführt, während der zweite DC-DC-Wandler 14 in einen EIN-Zustand einstellt wird, welcher ein elektrisch direkt verbundener (durchgeschalteter, durchgeschleifter) Zustand ist.
  • Gleichzeitig wird der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle 13 derart gesteuert/geregelt, dass deren elektrische Abgabeleistung bei der geeigneten elektrischen Leistung P2 verbleibt, und wird derart eingestellt, dass die Ausgangsspannung VF der Brennstoffzelle 13 und die an den Motor 16 angelegte Spannung bei der vorbestimmten Spannung V2 verbleiben.
  • Weiterhin wird die Schaltoperation des ersten DC-DC-Wandlers 12 derart gesteuert/geregelt, dass gilt: die von der Energiespeichereinrichtung 11 abgegebene elektrische Leistung ändert sich derart, dass sie während einer Zeitdauer von dem Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt tm zu der geeigneten elektrischen Leistung P1 (< P2) ansteigt und dass die von der Energiespeichereinrichtung 11 abgegebene elektrische Leistung während einer Zeitdauer vom Zeitpunkt tm bis zum Zeitpunkt t3 bei der geeigneten elektrischen Leistung P1 verbleibt.
  • Demgemäß wird der Motor 16 mit dem von der Energiespeichereinrichtung 11 abgegebenen Strom IE und dem von der Brennstoffzelle 13 abgegebenen Strom IF versorgt. Die elektrische Versorgungsleistung für den Motor 16 steigt während einer Zeitdauer vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt tm von dem vorbestimmten Schwellenwert Pa der elektrischen Leistung zu der geeigneten elektrischen Leistung P3 an. Die elektrische Versorgungsleistung für den Motor 16 wird derart beibehalten, dass sie die geeignete elektrische Leistung P3 ist, während die Restkapazität SOC der Energiespeichereinrichtung 11 sich derart ändert, dass sie während einer Zeitdauer vom Zeitpunkt tm bis zum Zeitpunkt t3 zu der vorbestimmten Restkapazität SOC2 abnimmt.
  • Wenn dann der von der Energiespeichereinrichtung 11 abgegebene Strom IE dem Motor 16 zugeführt wird (d.h. wenn die Restkapazität SOC der Energiespeichereinrichtung 11 sich derart ändert, dass sie abnimmt), werden dann, wenn die Ausführung der Abgabeleistungsunterstützung (Unterstützung) durch die Energiespeichereinrichtung 11 während einer Zeitdauer C4 vom Zeitpunkt t3, zu dem die Restkapazität SOC die vorbestimmte Restkapazität SOC2 erreicht, zum Zeitpunkt t4, zu dem die Restkapazität SOC die vorbestimmte untere Grenzrestkapazität SOC1 erreicht, die folgenden Operationen durchgeführt. Es wird nämlich der erste DC-DC-Wandler 12 derart eingestellt, dass er die Spannungserhöhungsoperation (d.h. eine Schaltoperation) für die Anschlussspannung VE der Energiespeichereinrichtung 11 ausführt, während der zweite DC-DC-Wandler 14 derart eingestellt wird, dass er die Spannungserhöhungsoperation (d.h. Schaltoperation) für die Ausgangsspannung VF der Brennstoffzelle 13 ausführt.
  • Gleichzeitig wird die Schaltoperation des ersten DC-DC-Wandlers 12 derart gesteuert/geregelt, dass die von der Energiespeichereinrichtung 11 abgegebene elektrische Leistung sich derart ändert, dass sie beispielsweise von der geeigneten elektrischen Leistung P1 auf null abnimmt. Weiterhin wird der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle 13 derart gesteuert/geregelt, dass die elektrische Abgabeleistung von der geeigneten elektrischen Leistung P2 zur elektrischen Leistung P3 ansteigt, um die Verringerung der von der Energiespeichereinrichtung 11 abgegebenen elektrischen Leistung auszugleichen. Dann wird die Schaltoperation des zweiten DC-DC-Wandlers 14 derart gesteuert/geregelt, dass die an den Motor 16 angelegte Spannung bei der vorbestimmten Spannung V2 verbleibt, indem die Verringerung der Ausgangsspannung VF ausgeglichen wird, die gemäß der ansteigenden Abgabeleistung von der Brennstoffzelle 13 auftritt. Demgemäß wird die dem Motor 16 zugeführte elektrische Leistung derart aufrecht erhalten, dass sie die geeignete elektrische Leistung P3 ist. Während weiterhin die an den Motor 16 angelegte Spannung derart beibehalten wird, dass sie die vorbestimmte Spannung V2 ist, ändert sich die von der Brennstoffzelle 13 abgegebene elektrische Leistung in einer ansteigenden Tendenz. Die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 13 ändert sich in einer abnehmenden Tendenz, die von der Energiespeichereinrichtung 11 abgegebene elektrische Leistung ändert sich in einer abnehmenden Tendenz und die Restkapazität SOC der Energiespeichereinrichtung 11 ändert sich in einer abnehmenden Tendenz.
  • Wenn dann die dem Motor 16 zugeführte elektrische Leistung derart gesteuert/geregelt wird, dass sie bei der geeigneten elektrischen Leistung P3 verbleibt, und zwar während einer Zeitdauer C5 von dem Zeitpunkt t4 zum Zeitpunkt t5, zu dem die Restkapazität SOC die vorbestimmte untere Grenzrestkapazität SOC1 erreicht, wird dann, wenn die Ausführung einer Abgabeleistungsunterstützung (Unterstützung) durch die Energiespeichereinrichtung 11 untersagt ist, der erste DC-DC-Wandler 12 in einen AUS-Zustand einstellt, in welchem die elektrische Verbindung beendet ist, oder zum Ausführen der Schaltoperation eingestellt, in welchem die elektrische Abgabe leistung zu null wird, während der zweite DC-DC-Wandler 14 derart eingestellt wird, dass er die Spannungserhöhungsoperation (eine Schaltoperation) für die Ausgangsspannung VF der Brennstoffzelle 13 ausführt.
  • Demgemäß wird die Entnahme des Abgabestroms IE von der Energiespeichereinrichtung 11 verhindert, und dadurch behält die Restkapazität SOC der Energiespeichereinrichtung 11 die vorbestimmte untere Grenzrestkapazität SOC1 bei. Dann wird der Abgabestrom IF von der Brennstoffzelle 13 dem Motor 16 zugeführt. Wenn die von der Energiespeichereinrichtung 11 abgegebene elektrische Leistung null ist, werden die von der Brennstoffzelle 13 abgegebene elektrische Leistung und die dem Motor 16 zugeführte elektrische Leistung derart eingestellt, dass die geeignete elektrische Leistung P3 beibehalten wird. Weiterhin ist die Einstellung derart, dass die Ausgangsspannung VF der Brennstoffzelle 13 die geeignete Spannung V1 beibehält, während die Versorgungsspannung zum Motor 16 die vorbestimmte Spannung V2 beibehält.
  • Prozesse zum Steuern/Regeln von Operationen des ersten DC-DC-Wandlers 12 und des zweiten DC-DC-Wandlers 14 nach Maßgabe der Soll-Motorabgabeleistung und der Restkapazität SOC der Energiespeichereinrichtung 11 werden im Folgenden erläutert.
  • Zunächst wird in dem beispielsweise in 4 gezeigten Schritt S01 eine Drehmomentanweisung für die Drehmomentabgabe von dem Motor 16 auf Grundlage eines Messsignals des Öffnungsgrads AC der Gasbetätigungseinrichtung, welches von dem Öffnungsgradsensor 37 für die Gasbetätigungseinrichtung ausgegeben wird, eines Messsignals der Drehzahl NM, welches von dem Motordrehzahlsensor 36 ausgegeben wird, und dgl. berechnet. Weiterhin wird die Soll-Motorabgabeleistung berechnet, welche erforderlich ist, um den Motor 16 zu veranlassen, das der Drehmomentanweisung entsprechende Drehmoment abzugeben.
  • Nachfolgend wird in Schritt S02 bestimmt, ob die Soll-Motorabgabeleistung größer als der vorbestimmte Schwellenwert der Abgabeleistung ist.
  • Wenn die Bestimmung "JA" ist, schreitet der Prozess zum unten genannten Schritt S07 fort.
  • Wenn andererseits die Bestimmung "NEIN" ist, schreitet der Prozess zu Schritt S03 fort.
  • In Schritt S03 wird der zweite DC-DC-Wandler 14 in den EIN-Zustand einstellt, welcher ein elektrisch direkt verbundener (durchgeschalteter, durchgeschleifter) Zustand ist, und er wird darüber hinaus derart eingestellt, dass der Abgabestrom IF der Brennstoffzelle 13, welcher eine relativ größere Abgabe im Vergleich zu derjenigen der Energiespeichereinrichtung 11 ist, mit hoher Priorität dem Motor 16 zugeführt wird.
  • Nachfolgend wird in Schritt S04 bestimmt, ob beispielsweise die Ausführung der Leistungsabgabeunterstützung (Unterstützung) durch die Energiespeichereinrichtung 11 angewiesen ist.
  • Wenn die Bestimmung "JA" ist, geht der Prozess zum später genannten Schritt S06 weiter.
  • Wenn andererseits die Bestimmung "NEIN" ist, geht der Prozess zu Schritt S05 weiter.
  • In Schritt S05 wird der erste DC-DC-Wandler 12 in einen AUS-Zustand einstellt, in welchem eine elektrische Verbindung zwischen der Energiespeichereinrichtung 11 und einer elektrischen Last (d.h. der PDU 15 und der Abgabesteuer/regeleinheit 17) beendet ist, oder in die Schaltoperation eingestellt, in der die von dem DC-DC-Wandler 12 abgegebene elektrische Leistung zu null wird. Dann wird, wie während der Zeitdauer C1, die beispielsweise in der oben genannten Tabelle 1 gezeigt ist, die Entnahme des Abgabestroms IE von der Energiespeichereinrichtung 11 verhindert, und eine Serie von Prozessen wird beendet.
  • Weiterhin wird in Schritt S06 zur Ausführung einer Unterstützung für die elektrische Abgabeleistung des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 durch die von der Energiespeichereinrichtung 11 abgegebene elektrische Leistung der erste DC-DC-Wandler 12 derart eingestellt, dass er die Spannungserhöhungsoperation (d.h. eine Schaltoperation) für die Anschlussspannung VE der Energiespeichereinrichtung 11 ausführt, entsprechend der Zeitdauer C2, welche in der oben genannten Tabelle 1 gezeigt ist. Dann wird eine Serie von Prozessen beendet.
  • Weiterhin wird in Schritt S07 bestimmt, ob beispielsweise die Ausführung der Leistungsabgabeunterstützung (Unterstützung) durch die Energiespeichereinrichtung 11 angewiesen ist.
  • Wenn die Bestimmung "NEIN" ist, geht der Prozess weiter zum später genannten Schritt S13.
  • Wenn die Bestimmung "JA" ist, geht der Prozess weiter zu Schritt S08.
  • In Schritt S08 wird bestimmt, ob die Restkapazität SOC der Energiespeichereinrichtung 11 größer als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert ist (beispielsweise die in 2 gezeigte vorbestimmte Restkapazität SOC2).
  • Wenn die Bestimmung "NEIN" ist, geht der Prozess weiter zum später genannten Schritt S11.
  • Wenn andererseits die Bestimmung "JA" ist, geht der Prozess weiter zu Schritt S09.
  • In Schritt S09 wird, beispielsweise entsprechend der in der oben genannten Tabelle gezeigten Zeitdauer C3, der zweite DC-DC-Wandler 14 in den EIN-Zustand eingestellt, welcher ein elektrisch direkt verbundener (durchgeschalteter, durchgeschleifter) Zustand ist. Hierdurch wird der Stromerzeugungszustand der Brennstoffzelle 13 derart gesteuert/geregelt, dass die Ausgangsspannung VF der Brennstoffzelle 13 und die an den Motor 16 angelegte Spannung bei der vorbestimmten Spannung V2 bleibt.
  • Nachfolgend wird in Schritt S10, während die von der Energiespeichereinrichtung 11 abgegebene elektrische Leistung sich in einer ansteigenden Tendenz ändert oder stabil ist, der erste DC-DC-Wandler 12 derart eingestellt, dass er die Spannungserhöhungsoperation (d.h. eine Schaltoperation) für die Anschlussspannung VE der Energiespeichereinrichtung 11 durchführt, sodass die an den Motor 16 angelegte Spannung bei der vorbestimmten Spannung V2 bleibt. Dann wird die Unterstützung für die Soll-Motorabgabeleistung (Abgabeleistungsunterstützung) durch die von der Energiespeichereinrichtung 11 abgegebene elektrische Leistung ausgeführt und dann wird eine Serie von Prozessen wird beendet.
  • Weiterhin wird in Schritt S11, beispielsweise entsprechend der in der oben genannten Tabelle 1 gezeigten Zeitdauer C4, der zweite DC-DC-Wandler 14 derart eingestellt, dass er die Spannungserhöhungsoperation (d.h. eine Schaltoperation) für die Ausgangsspannung VF der Brennstoffzelle 13 ausführt. Hierdurch wird eine solche Steuerung/Regelung ausgeführt, dass die an den Motor 16 angelegte Spannung bei der vorbestimmten Spannung V2 bleibt.
  • Dann wird in Schritt S12 der erste DC-DC-Wandler 12 derart eingestellt, dass er die Spannungserhöhungsoperation (d.h. eine Schaltoperation) für die Anschlussspannung VE der Energiespeichereinrichtung 11 derart durchführt, dass die an den Motor 16 angelegte Spannung bei der vorbestimmten Spannung V2 bleibt, während die von der Energiespeichereinrichtung 11 abgegebene elektrische Leistung sich in einer abnehmenden Tendenz ändert. Hierdurch wird eine Unterstützung (Abgabeleistungsunterstützung) durch die von der Energiespeichereinrichtung 11 abgegebene elektrische Leistung für die Soll-Motorabgabeleistung durchgeführt. Dann wird eine Serie von Prozessen beendet.
  • Weiterhin wird in Schritt S13, beispielsweise entsprechend der in der oben genannten Tabelle 1 gezeigten Zeitdauer C5, der zweite DC-DC-Wandler 14 derart eingestellt, dass er eine Spannungserhöhungsoperation (d.h. eine Schaltoperation) für die Ausgangsspannung VF der Brennstoffzelle 13 ausführt. Hierdurch wird die an den Motor 16 angelegte Spannung derart gesteuert/geregelt, dass sie die vorbestimmte Spannung V2 beibehält.
  • Dann wird in Schritt S14 der erste DC-DC-Wandler 12 in einen AUS-Zustand eingestellt, in dem eine elektrische Verbindung zwischen der Energiespeichereinrichtung 11 und einer elektrischen Last (d.h. der PDU 15 und der Abgabesteuer/regeleinheit 17) beendet ist, oder in die Schaltoperation eingestellt, in welcher die von dem ersten DC-DC-Wandler 12 abgegebene elektrische Leistung zu null wird. Dann wird, beispielsweise entsprechend der in der oben genannten Tabelle 1 gezeigten Zeitdauer C1, die Entnahme des Abgabestroms IE von der Energiespeichereinrichtung 11 verhindert, und eine Serie von Prozessen wird beendet.
  • Wie hierin zuvor beschrieben wurde, ist es gemäß dem Brennstoffzellenfahrzeug 10 und dem Steuer/Regelverfahren für das Brennstoffzellenfahrzeug 10 der vorliegenden Ausführungsform dann, wenn die Soll-Motorabgabeleistung größer ist als der vorbestimmte Schwellenwert der Abgabeleistung, durch Steuer/Regeloperationen des ersten DC-DC-Wandlers 12 und des zweiten DC-DC-Wandlers 14 derart, dass die Systemspannung VS des Brennstoffzellensystems, welches mit der Energiespeichereinrichtung 11 und der Brennstoffzelle 13, welche Batterien des Motors 16 sind, ausgestattet ist, gleich oder größer als die vorbestimmte Spannung werden, die zur Sicherstellung der gewünschten Motorabgabeleistung erforderlich ist, es möglich, eine Verringerung der maximalen Abgabeleistung, die von dem Motor 16 abgegeben werden kann, zu verhindern, und dadurch die gewünschte Beschleunigungsfähigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 sicherzustellen.
  • Während ferner die an den Motor 16 angelegte Spannung derart beibehalten wird, dass sie gleich oder größer als die vorbestimmte Spannung ist, die zur Sicherstellung der gewünschten Motorabgabeleistung (beispielsweise der in 3 gezeigten Spannung V2) ist, und zwar durch Steuern/Regeln derart, dass die Ausführung der Schaltoperationen des ersten DC-DC-Wandlers 12 und des zweiten DC-DC-Wandlers 14 zur selben Zeit verhindert werden, und dadurch lediglich eine der Schaltoperationen nach Maßgabe eines Antriebszustands des Brennstoffzellenfahrzeugs 10 ausgeführt wird, ist es möglich, die Schaltverluste zu verringern, die mit den Schaltoperationen des ersten DC-DC-Wandlers 12 und des zweiten DC-DC-Wandlers 14 einhergehen, und dadurch für das Brennstoffzellensystem insgesamt eine effiziente Leistungswandlungsoperation auszuführen.
  • Weiterhin ist bei der oben genannten Ausführungsform, während den Zeitdauern C1 und C5, die beispielsweise in der oben genannten Tabelle 1 gezeigt sind, der erste DC-DC-Wandler 12 in den AUS-Zustand eingestellt, in dem die elektrische Verbindung beendet ist, oder derart eingestellt, dass er eine Schaltoperation ausführt, in welcher die elektrische Abgabeleistung zu null wird, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konstruktion beschränkt. Beispielsweise kann eine Unterstützung (Abgabeleistungsunterstützung) für die Soll-Motorabgabeleistung durch die von der Energiespeichereinrichtung 11 abgegebene elektrische Leistung ausgeführt werden, indem die Schaltoperation des ersten DC-DC-Wandlers 12 derart gesteuert/geregelt wird, dass die Ausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung 11 gleich oder kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert der elektrischen Leistung wird.
  • Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung oben beschrieben und gezeigt worden ist, versteht es sich, dass diese lediglich beispielhaft für die Erfindung ist und nicht als beschränkend anzusehen ist. Hinzufügungen, Weglassungen, Ersetzungen und andere Modifikationen können gemacht werden, ohne von der Idee oder der im Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Demzufolge ist die Erfindung als nicht durch die vorangehende Beschreibung beschränkt anzusehen und ist lediglich durch den Rahmen der angefügten Ansprüche beschränkt.

Claims (12)

  1. Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug (10) mit einem eine Antriebsquelle des Brennstoffzellenfahrzeugs (10) bildenden Motor (16), einer Motorsteuer/regeleinheit (15) zum Steuern/Regeln eines Betriebsstatus des Motors (16) sowie einem Brennstoffzellensystem, welches eine Energiequelle für den Motor (16) ist, wobei das Brennstoffzellensystem umfasst: eine Brennstoffzelle (13), welche Reaktionsgase empfängt und elektrochemische Reaktionen zur Erzeugung von elektrischer Energie durchführt, eine Energiespeichereinrichtung (11), welche mit von der Brennstoffzelle (13) erzeugter elektrischer Energie und Regenerationsenergie von dem Motor (16) geladen wird, einen zwischen der Energiespeichereinrichtung (11) und der Motorsteuer/regeleinheit (15) vorgesehenen ersten DC-DC-Wandler (12) sowie einen zwischen der Brennstoffzelle (13) und der Motorsteuer/regeleinheit (15) vorgesehenen zweiten DC-DC-Wandler (14), wobei das Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug (10) umfasst: einen Schritt (S01) zum Erhalten einer Soll-Motorabgabeleistung, in welchem eine Soll-Motorabgabeleistung entsprechend einem Öffnungsgrad (AC) einer Gasbetätigungseinrichtung erhalten wird, und einen Steuer/Regelschritt für hohe Abgabeleistung, in welchem Operationen des ersten DC-DC-Wandlers (12) und des zweiten DC-DC-Wandlers (14) derart gesteuert/geregelt werden, dass eine Ausgangsspannung des Brennstoffzellensystems gleich oder größer wird als eine vorbestimmte Spannung, die zum Sicherstellen einer gewünschten Motorabgabeleistung erforderlich ist, wenn die Soll-Motorabgabeleistung größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert der Abgabeleistung.
  2. Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuer/Regelschritt für hohe Abgabeleistung umfasst: einen Restkapazitätsbestimmungsschritt (S08), in welchem bestimmt wird, ob die Restkapazität der Energiespeichereinrichtung (S11) gleich oder kleiner ist als ein vorbestimmter Restkapazitätsschwellenwert, einen Spannungserhöhungsschritt (S11), in welchem eine Spannungserhöhungsoperation des zweiten DC-DC-Wandlers (14) gesteuert/geregelt wird, wenn in dem Restkapazitätsbestimmungsschritt (S08) bestimmt wird, dass die Restkapazität gleich oder kleiner als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert ist, sowie einen Begrenzungsschritt (S12) für von der Energiespeichereinrichtung (11) abgegebene Leistung, in welchem eine Operation des ersten DC-DC-Wandlers (12) derart gesteuert/geregelt wird, dass von der Energiespeichereinrichtung (11) abgegebene elektrische Leistung gleich oder kleiner wird als ein vorbestimmter Schwellenwert der elektrischen Leistung, wenn in dem Restkapazitätsbestimmungsschritt (S08) bestimmt wird, dass die Restkapazität gleich oder kleiner ist als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert.
  3. Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuer/Regelschritt für hohe Abgabeleistung umfasst: einen Direktverbindungsschritt (S09), in welchem der zweite DC-DC-Wandler (14) in einen direkt verbundenen Zustand eingestellt wird, wenn in dem Restkapazitätsbestimmungsschritt (S08) bestimmt wird, dass die Restkapazität größer ist als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert, und einen Schaltsteuer/regelschritt (S10), in welchem eine Schaltoperation des ersten DC-DC-Wandlers (12) gesteuert/geregelt wird, wenn in dem Restkapazitätsbestimmungsschritt bestimmt wird, dass die Restkapazität größer ist als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert.
  4. Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Steuer/Regelschritt für niedrige und mittlere Abgabeleistung (12), in welchem Operationen des ersten DC-DC-Wandlers (12) und des zweiten DC-DC-Wandlers (14) derart gesteuert/geregelt werden, dass eine Zufuhr elektrischer Abgabeleistung von der Brennstoffzelle (13) zu dem Motor (16) Vorrang einnimmt gegenüber einer Zufuhr elektrischer Abgabeleistung von der Energiespeichereinrichtung (11) zu dem Motor (16), wenn die Soll-Motorabgabeleistung gleich oder kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert der Abgabeleistung.
  5. Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuer/Regelschritt für kleine und mittlere Abgabeleistung umfasst: einen Direktververbindungsschritt (S03), in welchem der zweite DC-DC-Wandler (14) in einen direkt verbundenen Zustand eingestellt wird, sowie einen Leistungsabgabebeendigungsschritt (S05) der Energiespeichereinrichtung (11), in welchem eine Operation des ersten DC-DC-Wandlers (12) derart gesteuert/geregelt wird, dass eine von der Energiespeichereinrichtung (11) abgegebene elektrische Leistung zu null wird.
  6. Steuer/Regelverfahren für ein Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuer/Regelschritt für kleine und mittlere Abgabeleistung umfasst: einen Direktververbindungsschritt (S03), in welchem der zweite DC-DC-Wandler (14) in einen direkt verbundenen Zustand eingestellt wird, sowie einen Schaltsteuer/regelschritt (S06), in welchem eine Schaltoperation des ersten DC-DC-Wandlers (12) gesteuert/geregelt wird, wenn die Soll-Motorabgabeleistung größer ist als eine Abgabeleistung des Motors (16), die einer von der Brennstoffzelle abgegebenen elektrischen Leistung entspricht.
  7. Brennstoffzellenfahrzeug (10), umfassend einen Motor (16), welcher eine Antriebsquelle des Brennstoffzellenfahrzeugs (10) ist, eine Motorsteuer/regeleinheit (15) zum Steuern/Regeln eines Betriebsstatus des Motors (16) sowie ein Brennstoffzellensystem, welches eine Energiequelle für den Motor (16) ist, wobei das Brennstoffzellensystem umfasst: eine Brennstoffzelle (13), welche Reaktionsgase empfängt und elektrochemische Reaktionen durchführt, um elektrische Energie zu erzeugen, eine Energiespeichereinrichtung (11), welche mit von der Brennstoffzelle (13) erzeugter elektrischer Energie und Regenerationsenergie von dem Motor (16) geladen wird, einen ersten DC-DC-Wandler (12), der zwischen der Energiespeichereinrichtung (11) und der Motorsteuer/regeleinheit (15) vorgesehen ist, sowie einen zweiten DC-DC-Wandler (14), der zwischen der Brennstoffzelle (13) und der Motorsteuer/regeleinheit (15) vorgesehen ist, wobei das Brennstoffzellenfahrzeug (10) umfasst: eine Einrichtung zum Erhalten einer Soll-Motorabgabeleistung, welche eine Soll-Motorabgabeleistung entsprechend einem Öffnungsgrad (AC) einer Gasbetätigungseinrichtung erhält, und eine Steuer/Regeleinheit für hohe Abgabeleistung, welche Operationen des ersten DC-DC-Wandlers (12) und des zweiten DC-DC-Wandlers (14) derart steuert/regelt, dass eine Ausgangsspannung des Brennstoffzellensystems gleich oder größer wird als eine vorbestimmte Spannung, welche zum Sicherstellen einer gewünschten Motorabgabeleistung erforderlich ist, wenn die Soll-Motorabgabeleistung größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert der Abgabeleistung.
  8. Brennstoffzellenfahrzeug (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer/Regeleinrichtung für hohe Abgabeleistung umfasst: eine Restkapazitätsbestimmungseinrichtung, welche bestimmt, ob die Restkapazität der Energiespeichereinrichtung (11) gleich oder kleiner ist als ein vorbestimmter Restkapazitätsschwellenwert, eine Spannungserhöhungseinrichtung, welche eine Spannungserhöhungsoperation des zweiten DC-DC-Wandlers (14) steuert/regelt, wenn durch die Restkapazitätsbestimmungseinrichtung bestimmt wird, dass die Restkapazität gleich oder kleiner ist als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert, sowie eine Begrenzungseinrichtung für die Leistungsabgabe der Energiespeichereinrichtung (11), welche eine Operation des ersten DC-DC-Wandlers (12) derart steuert/regelt, dass eine von der Energiespeichereinrichtung (11) abgegebene elektrische Leistung gleich oder kleiner wird als ein vorbestimmter Schwellenwert der elektrischen Leistung, wenn durch die Restkapazitätsbestimmungseinrichtung bestimmt wird, dass die Restkapazität gleich oder kleiner ist als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert.
  9. Brennstoffzellenfahrzeug (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer/Regeleinheit für hohe Abgabeleistung umfasst: eine Direktverbindungseinrichtung, welche den zweiten DC-DC-Wandler (12) in einen direkt verbundenen Zustand einstellt, wenn durch die Restkapazitätsbestimmungseinrichtung bestimmt wird, dass die Restkapazität größer ist als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert, und eine Schaltsteuer/regeleinheit, welche eine Schaltoperation des ersten DC-DC-Wandlers (12) steuert/regelt, wenn durch die Restkapazitätsbestimmungseinrichtung bestimmt wird, dass die Restkapazität größer ist als der vorbestimmte Restkapazitätsschwellenwert.
  10. Brennstoffzellenfahrzeug (10) nach Anspruch 7, 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Steuer/Regeleinheit für niedrige und mittlere Abgabeleistung, welche Operationen des ersten DC-DC-Wandlers (12) und des zweiten DC-DC-Wandlers (14) derart steuert/regelt, dass eine Zufuhr von von der Brennstoffzelle (13) abgegebener elektrischer Leistung zu dem Motor (16) Vorrang einnimmt gegenüber einer Zufuhr von von der Energiespeichereinrichtung (11) abgegebener elektrischer Leistung zu dem Motor (16), wenn die Soll-Motorabgabeleistung gleich oder kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert der Abgabeleistung.
  11. Brennstoffzellenfahrzeug (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer/Regeleinheit für kleine und mittlere Abgabeleistung umfasst: eine Direktverbindungseinrichtung, welche den zweiten DC-DC-Wandler (14) in einen direkt verbundenen Zustand einstellt, sowie eine Leistungsabgabebeendigungseinrichtung für die Energiespeichereinrichtung, welche eine Operation des ersten DC-DC-Wandlers (12) derart steuert/regelt, dass eine von der Energiespeichereinrichtung (11) abgegebene elektrische Leistung zu null wird.
  12. Brennstoffzellenfahrzeug (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer/Regeleinheit für kleine und mittlere Abgabeleistung umfasst: eine Direktverbindungseinrichtung, welche den zweiten DC-DC-Wandler (14) in einen direkt verbundenen Zustand einstellt, sowie eine Schaltsteuer/regeleinheit, welche eine Schaltoperation des ersten DC-DC-Wandlers (12) steuert/regelt, wenn die Soll-Motorabgabeleistung größer ist als eine Abgabeleistung des Motors (16), die einer von der Brennstoffzelle (13) abgegebenen elektrischen Leistung entspricht.
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