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DE10222422A1 - Brennstoffzellen-Steuer/Regelvorrichtung und Brennstoffzellenfahrzeug-Steuer/Regelvorrichtung - Google Patents

Brennstoffzellen-Steuer/Regelvorrichtung und Brennstoffzellenfahrzeug-Steuer/Regelvorrichtung

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Publication number
DE10222422A1
DE10222422A1 DE10222422A DE10222422A DE10222422A1 DE 10222422 A1 DE10222422 A1 DE 10222422A1 DE 10222422 A DE10222422 A DE 10222422A DE 10222422 A DE10222422 A DE 10222422A DE 10222422 A1 DE10222422 A1 DE 10222422A1
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Germany
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fuel cell
atmospheric pressure
current
control device
air
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DE10222422A
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English (en)
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Tomoki Kobayashi
Koji Kurosaki
Yoshio Nuiya
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

Eine Steuer/Regelvorrichtung für eine Brennstoffzelle und ein Brennstoffzellenfahrzeug wird angegeben, die in der Lage ist, eine an einem Fahrzeug installierte Brennstoffzelle in einem optimierten Zustand zu steuern/zu regeln. Eine ECU berechnet einen Sollgeneratorstrom, der von einem Stromsteuergerät auszugeben ist, aus dem Erzeugungsstrom der Brennstoffzelle auf der Basis eines Signals einer von dem Akzeleratoröffnungssensor erfassten Akzeleratoröffnung AC und eines Signals eines von dem Atmosphärendrucksensor erfassten Atmosphärendrucks und der Sollgeneratorstrom wird in das Stromsteuergerät als der Strombefehlswert eingegeben. Das Stromsteuergerät steuert/regelt den von der Brennstoffzelle auszugebenden Generatorstrom auf der Basis des von der ECU ausgegebenen Strombefehlswerts, d. h. des Generatorbefehls, an die Brennstoffzelle.

Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellen- Steuer/Regelvorrichtung und eine Brennstoffzellenfahrzeug- Steuer/Regelvorrichtung, und betrifft insbesondere eine Technik zum Steuern/Regeln von Vorgängen der Brennstoffzelle, wenn sich eine Zufuhrflussrate und ein Zufuhrdruck von der Brennstoffzelle zugeführten Reaktionsgasen mit einer Änderung des Atmosphärendrucks ändert.
    • Beschreibung der relevanten Technik
  • Herkömmlich ist ein Brennstoffzellenstapel (nachfolgend Brennstoffzelle genannt) durch eine Mehrzahl von Zellen aufgebaut, deren jede gebildet ist, indem ein Paar von Elektroden an entgegengesetzten Seiten einer Festpolymer-Elektrolytmembrane vorgesehen ist. In dieser Brennstoffzelle wird Wasserstoff als Brenngas einer Anode zugeführt, und Luft als Oxidationsgas wird einer Kathode zugeführt, und Wasserstoffionen, die durch eine katalytische Reaktion an der Anode erzeugt werden, bewegen sich durch die Festpolymer-Elektrolytmembrane zur anderen Elektrode hin. Die Wasserstoffionen bewirken, nach Überführung zur Kathode, eine elektrochemische Reaktion mit Sauerstoff an der Kathode, um elektrische Energie zu erzeugen.
  • Die oben beschriebene Brennstoffzelle umfasst z. B. einen Luftkompressor, um der Kathode der Brennstoffzelle Luft zuzuführen, sowie ein Druckflussraten-Steuerventil zum Zuführen des Wasserstoffs zur Anode der Brennstoffzelle unter Verwendung des Luftdrucks als Signaldruck. Das heißt, die Brennstoffzelle ist konstruiert, um einen vorbestimmten Erzeugungswirkungsgrad sicherzustellen, indem der anodenseitige Reaktionsgasdruck auf einen vorbestimmten Druck gesetzt wird, der von dem kathodenseitigen Druck abhängig ist.
  • Jedoch ist es in einer Brennstoffzelle gemäß einem Beispiel der herkömmlichen Brennstoffzellen nicht möglich, die Reaktionsgase mit einem gewünschten Druck und einer gewünschten Temperatur zuzuführen, wenn das Fahrzeug zu hoch gelegenen Orten fährt.
  • Das heißt, wenn die Höhe zunimmt, sinkt der Atmosphärendruck und die Luft wird knapper. Um daher eine gewünschte Menge an elektrischer Energie zu erhalten, ist es notwendig, die Flussrate (Massenflussrate) des Reaktionsgases zu erhöhen und den Druck des Reaktionsgases auf einem vorbestimmten Druck zu halten, indem die Drehzahl des Kompressors erhöht wird. Wenn es jedoch erforderlich wird, die Drehzahl des Kompressors auf ein Maß zu erhöhen, das die Leistungsfähigkeit des Luftkompressors überschreitet, wird es schwierig, das Reaktionsgas mit einem gewünschten Flussratenniveau und einem gewünschten Druckniveau zuzuführen.
  • Wenn in einem Zustand, in dem das Reaktionsgas nicht mit einem gewünschten Druck und einer gewünschten Flussrate der Brennstoffzelle zugeführt wird, wenn die Brennstoffzelle einen vorbestimmten elektrischen Strom auf der Basis eines vorbestimmten Erzeugungsbefehls erzeugen soll, entsteht ein Problem darin, dass die Erzeugungsspannung der Brennstoffzelle unstabil wird oder die Erzeugungsspannung zu weit unter eine vorbestimmte Spannung abfällt. Da ferner der erzeugte Strom von der Brennstoffzelle ausgegeben wird, während das Reaktionsgas nicht ausreichend zugeführt wird, besteht eine Möglichkeit, dass die Festpolymermembrane der Brennstoffzelle zerstört wird oder dass die Langzeithaltbarkeit der Brennstoffzelle verschlechtert wird.
    • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung erfolgt zur Lösung der vorgenannten Probleme.
  • Eine Brennstoffzellen-Steuer/Regelvorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Reaktionsgas-Zufuhrvorrichtung (z. B. den später in der Ausführung beschriebenen Luftkompressor 21) zum Zuführen von Luft als Reaktionsgas zu einer Brennstoffzelle, sowie eine Atmosphärendruck-Erfassungsvorrichtung (z. B. den in der Ausführung später beschriebenen Atmosphärendrucksensor 45) zum Erfassen des Atmosphärendrucks, eine Last (z. B. der später in der Ausführung beschriebene Antriebsmotor 13 und der Motor 43), die durch Zufuhr elektrischer Energie von der Brennstoffzelle angetrieben wird, sowie eine Strom-Steuer/Regelvorrichtung (z. B. das später in der Ausführung beschriebene Stromsteuergerät 41) zum Steuern/Regeln eines Stromwerts einer von der Brennstoffzelle erzeugten elektrischen Stromausgabe, die der Last zuzuführen ist, in Antwort auf den von der Atmosphärendruckvorrichtung erfassten Atmosphärendruck.
  • Indem man die Brennstoffzellen-Steuer/Regelvorrichtung wie oben beschrieben konstruiert, sinkt die Fluss(Massenfluss)rate von Luft als dem der Brennstoffzelle zuzuführenden Reaktionsgas, wenn die Luft entsprechend einer Abnahme des Atmosphärendrucks knapper wird. Proportional zur sinkenden Menge des Reaktionsgases sinkt die von der Brennstoffzelle erhältliche elektrische Energie. Der Stromwert der von der Brennstoffzelle erzeugten Stromausgabe wird von der Strom- Steuer/Regelvorrichtung auf einen geeigneten Wert (z. B. einen relativ kleinen Wert) gesteuert/geregelt. Die oben beschriebene Konstruktion macht es hierdurch möglich, eine Fehlfunktion der Brennstoffzelle zu verhindern, etwa aufgrund davon, dass die Erzeugungsspannung der Brennstoffzelle eine unstabile Fluktuation zeigt oder dass die Erzeugungsspannung einen zu starken Abfall zeigt, was eine Steuerung/Regelung der Brennstoffzelle unter den optimierten Bedingungen zur Folge hat.
  • Nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Brennstoffzellenfahrzeug-Steuer/Regelvorrichtung zum Steuern/Regeln eines Brennstoffzellenfahrzeugs angegeben, das einen Antriebsmotor aufweist, der in der Lage ist, ein Fahrzeug durch von einer Brennstoffzelle zugeführte elektrische Energie anzutreiben, umfassend eine Reaktionsgas- Zufuhrvorrichtung (z. B. den in der späteren Ausführung beschriebenen Luftkompressor 21), um Luft als Reaktionsgas der Brennstoffzelle zuzuführen, sowie eine Atmosphären-Erfassungsvorrichtung (z. B. den später in der Ausführung beschriebenen Atmosphärendrucksensor 45) zum Erfassen eines Atmosphärendrucks, eine Last (z. B. den später in der Ausführung beschriebenen Antriebsmotor 13 und den Motor 43), die durch elektrische Energiezufuhr von der Brennstoffzelle angetrieben wird, sowie eine Strom-Steuer/Regelvorrichtung (z. B. das später in der Ausführung beschriebene Stromsteuergerät 41) zum Steuern/Regeln eines Stromwerts einer von der Brennstoffzelle erzeugten elektrischen Stromausgabe, die der Last zuzuführen ist, in Antwort auf den von der Atmosphärendruck- Erfassungsvorrichtung erfassten Atmosphärendruck und eine durch die Gaspedalbetätigung vom Fahrer des Fahrzeugs bestimmte Akzeleratoröffnung.
  • Indem man eine Brennstoffzellenfahrzeug-Steuer/Regelvorrichtung wie oben beschrieben konstruiert, wird der Stromwert der von der Brennstoffzelle erzeugten Stromausgabe, auf der Basis der Akzeleratoröffnung und des Atmosphärendrucks, durch die Steuer/Regelvorrichtung auf einen geeigneten Wert gesteuert/geregelt. Auch wenn demnach das Fahrzeug zu einem hoch gelegenen Ort fährt, ist es, da der Stromwert des der Last zuzuführenden erzeugten Stroms auf einen kleineren Wert modifiziert werden kann, möglich, Fehlfunktionen der Brennstoffzelle zu verhindern, wie etwa dass die Erzeugungsspannung der Brennstoffzelle eine unstabile Fluktuation zeigt oder dass die Erzeugungsspannung einen zu starken Abfall zeigt; die obige Konstruktion macht es hierdurch möglich, zu verhindern, dass die Brennstoffzelle ihre Langzeithaltbarkeit verliert.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Struktur einer Brennstoffzellenfahrzeug-Steuer/Regelvorrichtung zeigt, die mit der Brennstoffzellen-Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung versehen ist;
  • Fig. 2 ist ein Flussdiagramm, das Vorgänge der Brennstoffzellen- Steuer/Regelvorrichtung zeigt, und insbesondere den Prozess zeigt, um einen Soll-Erzeugungsstrom P durch die Brennstoffzelle zu setzen.
  • Fig. 3 ist eine Graphik, die die Änderung des maximalen Erzeugungsstroms PI der Brennstoffzelle gemäß der Änderung des Atmosphärendrucks zeigt.
  • Fig. 4 ist eine Graphik, die die Änderung des Zufuhr- Erzeugungsstromwerts PS gemäß einem Öffnungsgrad eines Akzelerators in Abhängigkeit vom Atmosphärendruck zeigt.
  • DETAILBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Nachfolgend wird eine Brennstoffzellen-Steuer/Regelvorrichtung und eine Brennstoffzellenfahrzeug-Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Struktur der Brennstoffzellenfahrzeug- Steuer/Regelvorrichtung 10 zeigt, die mit der Brennstoffzellen- Steuer/Regelvorrichtung 10a gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung versehen ist.
  • Das Brennstoffzellenfahrzeug 1 gemäß der vorliegenden Ausführung der vorliegenden Erfindung ist mit einer Hybrid-Stromquellenvorrichtung versehen, die eine Brennstoffzelle 11 sowie eine Batterievorrichtung, wie etwa einen Kondensator 12, aufweist. Eine Antriebskraft eines Antriebsmotors 13, die durch Zufuhr der von der vorgenannten Stromquellenvorrichtung zugeführten elektrischen Energie erzeugt wird, wird auf die Antriebsräder W durch ein Getriebe T/M übertragen, das aus einem Automatikgetriebe oder einem manuellen Getriebe aufgebaut ist.
  • Wenn eine Antriebskraft von den Antriebsrädern W auf den Antriebsmotor 13 übertragen wird, wenn das Fahrzeug verzögert, wirkt der Antriebsmotor als Generator zum Erzeugen einer regenerativen Bremsung. Demzufolge wird die kinetische Energie des Fahrzeugs als elektrische Energie wiedergewonnen.
  • Die Brennstoffzellenfahrzeug-Steuer/Regelvorrichtung 10 nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine Brennstoffzellen- Steuer/Regelvorrichtung 10a, einen Antriebsmotor 13, einen Akzeleratoröffnungssensor 14 zum Erfassen eines Öffnungsgrads des Akzelerators (d. h. den Wunsch nach Beschleunigung), der durch die Gaspedalbetätigung des Fahrers des Fahrzeugs bestimmt wird.
  • Ferner ist die Brennstoffzellen-Steuer/Regelvorrichtung 10 z. B. aufgebaut aus einer Brennstoffzelle 11, einem Kondensator 12, einem Luftkompressor 21, einem Kühler 22, einem Kühler-Bypass-Steuerventil 23, einem Kathodenbefeuchter 24, einem Gegendrucksteuerventil 25, einem Wasserstofftank 31, einem Brennstoffzufuhr-Steuerventil 32, einem Wärmetauscher 33, einem Ejektor 34, einem Ejektor-Bypass-Steuerventil 35, einem Anodenbefeuchter 36, einem Speichertank 3, einem Auslasssteuerventil 38, einem Stromsteuergerät 41, einem Ausgabesteuergerät 42, einem Monitor 43, einer zentralen Steuereinheit (ECU) 44, einem Atmosphärendrucksensor 45, einem Flussratensensor 46 sowie einem Drucksensor 47.
  • Die Brennstoffzelle 11 ist aus einem Stapel einer Mehrzahl von Brennstoffzellen aufgebaut, deren jede gebildet ist, indem eine Festpolymer-Elektrolytmembrane durch die Anode und die Kathode von beiden Seiten aufgenommen ist, und die Brennstoffzelle umfasst eine Wasserstoffelektrode zum Zuführen von Wasserstoff als Brennstoff sowie eine Luftelektrode zum Zuführen von Luft, die Luft als Oxidationsgas enthält. Wasserstoffionen, die an der Anodenelektrode durch eine katalytische Reaktion erzeugt werden, bewegen sich zur Kathode, worin die Wasserstoffionen mit Sauerstoff durch eine elektrochemische Reaktion reagieren, und es wird elektrische Energie erzeugt.
  • Die Luftelektrode der Brennstoffzelle umfasst eine Luftzufuhröffnung 11a zum Zuführen von Luft von dem Luftkompressor 21, der dem Oxidationsgaszufuhrabschnitt entspricht, sowie eine Luftauslassöffnung 11b zum Abgeben der Luft in der Luftelektrode. Die Wasserstoffelektrode umfasst hingegen eine Wasserstoffzufuhröffnung 11c zum Zuführen von Wasserstoff aus einem Wasserstofftank, der einen Brennstoffzufuhrabschnitt darstellt, sowie eine Wasserstoffauslassöffnung 11d zum Abgeben von Wasserstoff in die Wasserstoffelektrode.
  • Der Luftkompressor 21 führt eine adiabatische Kompression für Luft aus, die von außerhalb des Fahrzeugs eingeführt wird, und die komprimierte Luft wird nicht nur der Luftelektrode als Reaktionsgas zugeführt, sondern wird auch als Drucksignal dem Brennstoffzufuhr-Steuerventil 32 und dem Ejektor-Bypass-Steuerventil 35 zugeführt, die in dem späteren Abschnitt im Detail beschrieben werden.
  • Nach Kompression und Erhitzung durch den Luftkompressor 21 kann die Luft gekühlt werden, indem sie dem Kühler 22 zugeführt wird. Gemäß dem Antriebszustand der Brennstoffzelle wird die Luft, nachdem sie durch den Kühler auf eine vorbestimmte Temperatur abgekühlt worden ist, dem Kathodenbefeuchter 24, dem Brennstoffzufuhr-Steuerventil 32 und dem Ejektor-Bypass-Steuerventil 35 zugeführt.
  • Es ist ein Kühler-Bypass-Kanal 22a, der den Kühler 22 und das Kühler- Bypass-Steuerventil 23, das z. B. stromab des Kühlers 22 angeordnet ist, umgeht, an einem Kanal vorgesehen, der zwischen dem Luftkompressor 21 und dem Kathodenbefeuchter 24 angeschlossen ist, und an einem Kanal, der das Brennstoffzufuhr-Steuerventil 32 mit dem Ejektor-Bypass- Steuerventil 35 verbindet.
  • Demzufolge ist es, in Abhängigkeit vom Antriebszustand der Brennstoffzelle 11, möglich, die Luft, nachdem sie durch den Luftkompressor 21 komprimiert und erhitzt worden ist, der Brennstoffzelle 11 direkt ohne Abkühlung zuzuführen, indem das Kühler-Bypass- Steuerventil 23 geschlossen wird.
  • Der Kathodenbefeuchter 24 ist aus einer wasserpermeablen Membrane aufgebaut, wie z. B. einer Hohlfasermembran, und benutzt die Abluft, die von der Luftauslassöffnung 11b der Brennstoffzelle 11 abgegeben wird, um die der Brennstoffzelle 11 zuzuführende Luft als das Reaktionsgas zu befeuchten. Das heißt, wenn Luft und die Abluft durch eine wasserpermeable Membrane in Kontakt gebracht werden, wird der Wassergehalt (insbesondere Wasserdampf) in der Abluft der Luft als Wasserdampf zugeführt, nachdem er die wasserpermeable Membrane durchdrungen hat.
  • Das befeuchtete Wasser wird der Brennstoffzelle 11 zugeführt und hält einen Ionenleitzustand der Festpolymer-Elektrolytmembrane auf einem vorbestimmten Zustand.
  • Wie oben beschrieben ist anzumerken, dass die Abluft, die von der Luftauslassöffnung 11b der Brennstoffzelle 11 abgegeben wird, aufeinander folgend dem Anodenbefeuchter 37 und dem Kathodenbefeuchter 24 als das Befeuchtungsgas zugeführt wird, und das Abgas, das von dem Kathodenbefeuchter 24 abgegeben wird, durch das Gegendruck-Steuerventil zur Außenseite des Fahrzeugs abgeführt wird. Die ECU 44 steuert/regelt die Öffnungs- oder Schließvorgänge des Gegendruck-Steuerventils 25 in Abhängigkeit von den Antriebszuständen der Brennstoffzelle, und der Grad der Ventilöffnung des Gegendruck- Steuerventils wird in Abhängkeit von dem von der ECU 44 eingegebenen Steuersignal gesetzt, so dass der Druck der der Brennstoffzelle 11 zuzuführenden Luft auf einem vorbestimmten Druck gesteuert/geregelt wird.
  • Wasserstoff als Brennstoff für die Brennstoffzelle 11 wird z. B. aus einem Hochdruckwasserstofftank 31 dem Brennstoffzufuhr-Steuerventil 32 zugeführt.
  • Das Brennstoffzufuhr-Steuerventil 32 ist z. B. aus einem pneumatischen Proportional-Steuerventil aufgebaut, und der Druck des Wasserstoffs am Auslass des Brennstoffzufuhr-Steuerventils 32 wird, nach Passieren des Brennstoffzufuhr-Steuerventils 32, in Antwort auf den Signaldruck in einen vorbestimmten Druckbereich gesetzt.
  • Wasserstoff wird, nach Passage des Brennstoffzufuhr-Steuerventils 32, dem Wärmetauscher 33 zugeführt. In dem Wärmetauscher wird die Temperatur des Wasserstoffs durch einen Wärmeaustausch z. B. mit einem Kühlmittel auf eine vorbestimmte Temperatur gesetzt, und der Wasserstoff wird nach dem Wärmeaustausch der Wasserstoffelektrode der Brennstoffzelle 11 zugeführt, nachdem er aufeinander folgend durch den Ejektor 34 oder das Ejektor-Bypass-Steuerventil 35 und einen Anodenbefeuchter 36 passiert hat.
  • Das von der Brennstoffzelle abgegebene nicht reagierte Abgas wird durch einen Speichertank 37 dem Ejektor 34 zugeführt, und der von dem Wärmetauscher 33 zugeführte Wasserstoff und das Abgas von der Brennstoffzelle 11 werden vermischt und der Brennstoffzelle 11 erneut zugeführt.
  • Der Ejektor 34 nimmt das Abgas von der Brennstoffzelle durch einen Unterdruck auf, der in der Nähe eines Hochgeschwindigkeits- Wassergasstroms erzeugt wird, und der abgegebene Wasserstoff wird dann mit Wasserstoff vermischt, der durch den Wärmetauscher 33 zugeführt wird, und wird erneut der Brennstoffzelle zugeführt, um einen Abgaskreislauf zu bilden.
  • Ein Ejektor-Bypass-Kanal 34a, der den Ejektor 34 umgeht, ist an dem Kanal vorgesehen, der den Wärmetauscher 33 mit dem Anodenbefeuchter 36 verbindet.
  • In dem Ejektor-Bypass-Kanal 34a ist ein Ejektor-Bypass-Steuerventil 35, das einem pneumatischen Proportionaldruck-Steuerventil entspricht, parallel zu dem Ejektor 34 angeordnet, und der Wasserstoffdruck am Auslass des Brennstoffzufuhr-Steuerventils 32, das heißt der Brennstoffzufuhrdruck, wird, nach Passieren des Brennstoffzufuhr-Steuerventils 32, in Antwort auf den Signaldruck in einen vorbestimmten Druckbereich gesetzt, wenn der von dem Luftkompressor zugeführte Luftdruck als der Signaldruck verwendet wird.
  • Das heißt, die Druck- und Flussraten-Charakteristiken des den Ejektor 34 passierenden Wasserstoffs wird durch die Druck- und Flussraten- Steuerung/Regelung an dem Brennstoffzufuhr-Steuerventil 32 und dem Ejektor-Bypass-Steuerventil 35 so gesteuert/geregelt, dass er in einen vorbestimmten Zustand eintritt, wobei der Luftdruck entsprechend dem Oxidationsgas als der Standard gesetzt wird. Der obige Prozess bedeutet, dass die Druckdifferenz zwischen dem Druck des Oxidationsgases (Luftzufuhrdruck) und dem Druck des Brennstoffes (Brennstoffzufuhrdruck) für die Festpolymer-Elektrolytmembrane, d. h. die Elektrodendruckdifferenz zwischen dem Druck zum Brennstoffelektrodendruck und dem Druck zur Luftelektrode so gesteuert/geregelt wird, dass sie in eine vorbestimmte Druckdifferenz eintritt.
  • Der Anodenbefeuchter 36 ist durch eine wasserpermeable Membrane aufgebaut, wie etwa einer Hohlfasermembrane. Die Abluft, die von der Luftauslassöffnung 11b der Brennstoffzelle 11 abgegeben wird, wird als das Befeuchtungsgas zum Befeuchten des Wasserstoffs genutzt. Das heißt, wenn der Wasserstoff mit der Abluft durch die wasserpermeable Membrane in Kontakt kommt, wird der Wassergehalt (insbesondere der Wasserdampf) in der Abluft dem Wasserstoff zugeführt, nachdem der Wassergehalt in der wasserpermeablen Membrane passiert hat.
  • Der befeuchtete Wasserstoff wird der Brennstoffzelle 11 zugeführt, und somit wird die Ionenleitfähigkeit der Festpolymer-Elektrolytmembrane auf einem vorbestimmten Zustand gehalten.
  • Der Speichertank 37 führt eine Gas-Flüssigkeits-Trennung für das Abgas aus, das von der Wasserstoffauslassöffnung 11d der Brennstoffzelle 11 abgegeben wird, und nachdem das in dem Abgas enthaltene flüssige Wasser separiert ist, wird das Gas in dem Tank 37 gespeichert.
  • Der Öffnungs- und Schließzustand des Auslasssteuerventils 38 wird durch die ECU 44 gesteuert/geregelt, und ein überschüssiger Wassergehalt (hauptsächlich flüssiges Wasser) wird zur Außenseite des Fahrzeugs abgeführt.
  • Der von der Brennstoffzelle 11 ausgegebene erzeugte elektrische Strom wird in das Stromsteuergerät 41 eingegeben, und das Stromsteuergerät 41 ist mit einem Kondensator 12, wie etwa einem elektrischen Doppelschichtkondensator oder einem Elektrolytkondensator verbunden, der eine Batterievorrichtung bildet.
  • Die Brennstoffzelle 11 und der Kondensator 12 sind parallel zu einem Motor 13 zum Antrieb des Fahrzeugs sowie einem Motor 43 zum Antrieb des Luftkompressors 21, die elektrische Lasten darstellen, durch das Stromsteuergerät 41 und das Ausgabesteuergerät 42 verbunden.
  • Das Stromsteuergerät 41 ist aufgebaut, indem es z. B. mit einem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler bzw. DC-DC-Hopper versehen ist, und steuert/regelt den Wert des von der Brennstoffzelle 11 erzeugten Stroms.
  • Das Ausgabesteuergerät 42 ist mit einem PWM-Inverter versehen, der aus Schaltelementen aufgebaut ist, wie etwa IGBT. Wie später beschrieben, wandelt das Stromsteuergerät 42 die von der Brennstoffzelle 11 und dem Kondensator 12 ausgegebenen Gleichströme in dreiphasige Wechselströme, um sie dem Antriebsmotor oder dem Kompressor zuzuführen, auf der Basis eines Drehmomentbefehls für den Antriebsmotor oder eines Drehzahlbefehls für den Luftkompressor 21.
  • Der Antriebsmotor 13 und der Motor 43 sind durch den Permanentmagnet- Dreiphasenstrom-Synchronmotor gebildet, der zum Erzeugen eines Magnetfelds einen Permanentmagneten benutzt, und diese Motoren werden durch die von dem Ausgabesteuergerät 42 zugeführte Dreiphasen- Wechselstromenergie gesteuert/geregelt.
  • Die ECU 44 berechnet eine Restladung (Ladungszustand) des Kondensators auf der Basis des Ausgabestroms, der Anschlussspannung und der Temperaturausgabe von dem Kondensator 12, d. h. der Batterievorrichtung, und steuert/regelt die Stromzufuhr zu den Lasten, die aus dem Antriebsmotor 13 oder dem Motor 43 aufgebaut sind.
  • Ferner steuert/regelt die ECU 44 die Energieumwandlungsvorgänge des PWM-Inverters, der mit dem Ausgabesteuergerät 42 versehen ist, und berechnet den Drehmomentbefehl für den Antriebsmotor 13 auf der Basis des Signals der Akzeleratoröffnung, die durch den Betätigungsbetrag des Gaspedals durch den Fahrer bestimmt wird. Durch Eingabe des Drehmomentbefehls in das Ausgabesteuergerät 42 wird ein Pulsweitenmodulationssignal in Antwort auf den vorgenannten Drehmomentbefehl in den PWM-Inverter eingegeben, und Phasenströme zum Erzeugen eines Soll-Drehmoments werden in jede Phase des Antriebsmotors 13 eingegeben.
  • Darüber hinaus berechnet, wie später beschrieben, die ECU 44 eine Drehzahl N des Kompressors 21 als den Sollwert zur Bestimmung der Flussrate des Reaktionsgases auf der Basis des Signals, das sich auf die Akzeleratoröffnung AC bezieht, und des Signals, das sich auf dem vom Atmosphärendrucksensor 45 erfassten Atmosphärendruck bezieht, und die ECU 44 berechnet eine Ventilöffnung 6 des Gegendrucksteuerventils als den Solldruck für den Druck des Reaktionsgases. Die Eingabe der Drehzahl N erlaubt es, den Phasenstrom entsprechend der Drehzahl N zu jeder Phase einzugeben. Die Eingabe der berechneten Ventilöffnung θ in das Gegendrucksteuerventil erlaubt es, die Ventilöffnung des Gegendrucksteuerventils zu steuern/zu regeln.
  • Zusätzlich führt die ECU 44 eine rückkoppelnde Regelung aus, so dass die Differenz zwischen jeder Sollflussrate und dem Druck des Reaktionsgases und der Istflussrate und dem Istdruck des der Brennstoffzelle 11 zugeführten Reaktionsgases auf null geregelt werden.
  • Während der obigen Steuerung/Regelung berechnet die ECU 44 einen von der Brennstoffzelle 11 auszugebenden Sollerzeugungsstrom P durch das Stromsteuergerät 41 auf der Basis des Signals der Akzeleratoröffnung AC und des Signals des Atmosphärendrucks PA, und der Sollerzeugungsstrom P der Brennstoffzelle wird in das Stromsteuergerät 41 als der Strombefehlswert IFC eingegeben.
  • In die ECU 44 werden verschiedene Signale eingegeben, wie etwa ein Erfassungssigna[der Akzeleratoröffnung AC aus der Ausgabe des Akzeleratoröffnungssensors, die durch den Betätigungsbetrag des Gaspedals durch den Fahrer bestimmt wird, ein Erfassungssignal des Atmosphärendrucks PA aus der Ausgabe des Atmosphärendrucksensors 45, ein Signal als der Flussratenerfassungswert QN von dem Flussratensensor 46, um z. B. die Flussrate (Massenflussrate) von dem Luftkompressor 21 zugeführter Luft zu erfassen, sowie ein Signal des Druckdetektors N, das von dem Druckdetektor 47 ausgegeben ist, um den Druck der der Luftelektrode der Brennstoffzelle 11 zugeführten Luft zu erfassen.
  • Anzumerken ist, dass der Flussratensensor 46 in der Nähe der Luftauslassöffnung 21a des Luftkompressors 21 vorgesehen ist, und der Drucksensor 47 in der Nähe der Luftzufuhröffnung 11a der Brennstoffzelle 11 vorgesehen ist.
  • Die Brennstoffzellenfahrzeug-Steuer/Regelvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführung der vorliegenden Erfindung ist durch die obige Konstruktion gebildet, und die Betriebsweise der oben beschriebenen Brennstoffzellenfahrzeug-Steuer/Regelvorrichtung 10 und insbesondere ein Prozess zum Setzen eines Stromwerts des von dem Stromsteuergerät 41 der Brennstoffzelle 11 ausgegebenen Erzeugungsstroms in Abhängigkeit von dem Atmosphärendruck wird in Bezug auf die beigefügten Figuren unten beschrieben.
  • Fig. 2 ist ein Flussdiagramm von Vorgängen zum Steuern/Regeln der Brennstoffzellenfahrzeug-Steuer/Regelvorrichtung 10, insbesondere ein Flussdiagramm, um einen Sollgeneratorstrom in Abhängigkeit von dem Atmosphärendruck zu setzen. Fig. 3 ist eine Graphik, die eine Änderung des maximalen Erzeugungsstroms PI mit einer Änderung des Atmosphärendrucks zeigt.
  • Im in Fig. 2 gezeigten Schritt S01 wird ein temporärer Sollgeneratorstrom PO, der von der Brennstoffzelle 11 auszugeben ist, erhalten, indem z. B. ein vorgesetzte Werte enthaltendes vorbestimmtes Kennfeld auf der Basis eines Signals der Akzeleratoröffnung abgefragt wird, die durch einen Niederdrückvorgang des Gaspedals durch den Fahrer bestimmt ist.
  • In Schritt S02 wird ein Signal eines vom Atmosphärendrucksensor 45 erfassten Atmosphärendrucks PA erhalten.
  • Anschließend wird in Schritt S03 ein maximaler Erzeugungsstrom PI in Antwort auf den von dem Atmosphärendrucksensor 45 gemessenen Atmosphärendruck PA erhalten, indem ein vorbestimmtes Kennfeld abgefragt wird, das eine Beziehung zwischen dem Atmosphärendruck PA und dem maximalen Erzeugungsstrom PI zeigt.
  • Anzumerken ist, dass das in Fig. 3 gezeigte Kennfeld zeigt, dass sich der maximale Erzeugungsstrom PI mit sinkendem Atmosphärendruck PA abnehmend ändert, wenn der Atmosphärendruck unter einem vorbestimmten Druck #PAO liegt, und dass, wenn der Atmosphärendruck einen vorbestimmten Druck von #PAO überschreitet, der Atmosphärendruck auf einen vorbestimmten Maximalwert gesetzt wird. Anschließend wird in Schritt S04 bestimmt, ob der temporäre Sollgeneratorstromwert PO niedriger als der maximale Erzeugungsstromwert PI ist.
  • Wenn die Bestimmung "NEIN" ist, geht der Fluss zu Schritt S07 weiter, der später beschrieben wird.
  • Wenn die Bestimmung "JA" ist, geht der Fluss zu Schritt S05 weiter. In Schritt S05 wird der Sollgeneratorstromwert P auf den temporären Sollgeneratorstromwert PO gesetzt, und der Fluss geht zu Schritt S06 weiter.
  • In Schritt S06 wird die Drehzahl des Luftkompressors 21 geregelt, um den Sollgeneratorstromwert P zu erzeugen, worin das Stromsteuergerät 41 den von der Brennstoffzelle 11 ausgegebenen Erzeugungsstrom steuert/regelt, und der Fluss endet.
  • In Gegensatz hierzu wird in Schritt S07 der Sollgeneratorstromwert P auf den maximalen Erzeugungsstromwert PI gesetzt, und der Fluss geht zu Schritt S06 weiter, worin der von der Brennstoffzelle 11 auszugebende Erzeugungsstrom gesteuert/geregelt wird, indem die Drehzahl N des Luftkompressors 21 und das Stromsteuergerät 41 gesteuert/geregelt wird.
  • Das heißt, der Sollgeneratorstromwert wird mit sinkendem Atmosphärendruck PA auf einen kleineren Wert gesetzt, und demzufolge wird die Drehzahl des Luftkompressors 21 gesenkt, um die Flussrate der der Brennstoffzelle 11 zuzuführenden Luft zu senken, und der von der Brennstoffzelle 11 ausgegebene Erzeugungsstrom wird durch das Stromsteuergerät 41 auf relativ kleinen Wert beschränkt.
  • Da, wie oben beschrieben, bei der Brennstoffzellen-Steuer/Regelvorrichtung 10 nach der vorliegenden Ausführung der vorliegenden Erfindung der Sollgeneratorstromwert P als der von der Brennstoffzelle auszugebende Erzeugungsstrom auf der Basis des von dem Atmosphärendrucksensor 45 ausgegebenen Erfassungssignals des Atmosphärendrucks gesetzt wird, kann, auch wenn die angemessene Generatorleistung der Brennstoffzelle 11 sinkt, weil der Atmosphärendruck sinkt und die Luft knapp wird, der Generatorstrom, der von dem Stromsteuergerät 41 von der Brennstoffzelle 11 auszugeben ist, in einem geeigneten Strombereich eingeschränkt werden, und die Brennstoffzelle 11 kann geschützt werden, indem verhindert wird, dass sie in einen abnormalen Energieerzeugungszustand eintritt.
  • Da bei der Brennstoffzellenfahrzeug-Steuer/Regelvorrichtung 10 nach der vorliegenden Erfindung der Erzeugungsstrom der Brennstoffzelle 11 nicht nur durch das von dem Atmosphärendrucksensor 45 erfasste Signal des Atmosphärendrucks PA gesetzt wird, sondern auch durch das erfasste Signal der Akzeleratoröffnung, die der Gaspedalbetätigung durch den Fahrer des vorliegenden Fahrzeugs zugeordnet ist, kann der der Last zugeführte Erzeugungsstrom mit sinkendem Atmosphärendruck auf einen kleineren Wert geändert werden, wenn das Fahrzeug an einem hoch gelegenen Ort fährt.
  • Hierdurch lässt sich verhindern, dass die Brennstoffzelle 11 einen übermäßigen Erzeugungsstrom erzeugt, wenn die Fluss(Massenfluss)rate des der Brennstoffzelle 11 zuzuführenden Reaktionsgases reduziert ist, und es lässt sich auch die Langzeithaltbarkeit der Brennstoffzelle sichern, indem Fehlfunktionen der Brennstoffzelle 11 verhindert werden, um etwa eine unstabile Fluktuation der Erzeugungsspannung zu verursachen oder einen zu starken Abfall der Erzeugungsspannung zu verursachen.
  • Wie oben beschrieben, sind in der vorliegenden Ausführung das Brennstoffzufuhr-Steuerventil 32 und das Ejektor-Bypass-Steuerventil 36 auf die luftbetätigten Proportional-Steuerventile beschränkt. Jedoch sind diese Ventile nicht auf die Ventile vom luftbetätigten Typ beschränkt, und es können verschiedene Ventiltypen verwendet werden, in denen die Öffnungs- und Schließvorgänge durch von der ECU 44 eingegebene Steuersignale gesteuert/geregelt werden.
  • Wie in Schritt S03 gezeigt, wird in der vorliegenden Ausführung der maximale Erzeugungsstromwert PI erhalten, indem ein Kennfeld abgefragt wird, das eine Beziehung zwischen dem Atmosphärendruck PA und dem maximalen Erzeugungsstromwert PI zeigt. Jedoch kann der maximale Erzeugungsstrom PI auch erhalten werden, indem eine vorbestimmte Gleichung berechnet wird, die die Beziehung zwischen dem Atmosphärendruck PA und dem maximalen Erzeugungsstromwert PI zeigt.
  • In der vorliegenden Ausführung wird, wie oben in Schritt S04 gezeigt, der Sollgeneratorstromwert P entweder auf den temporären Sollgeneratorstromwert PO oder den maximalen Erzeugungsstromwert PI gesetzt, in Abhängigkeit davon, ob der Sollgeneratorstromwert kleiner als der maximale Erzeugungsstromwert PI ist. Jedoch ist der Erhalt des Sollgeneratorstromwerts P nicht auf das obige Verfahren beschränkt, und der Wert P kann, wie in Fig. 4 gezeigt, erhalten werden, indem vorab ein Kennfeld vorbereitet wird, das die Änderung des Sollgeneratorstromwerts P durch die Änderung der Akzeleratoröffnung gemäß der Änderung des Atmosphärendrucks zeigt, und indem der Erzeugungsstromwert (der Zufuhrerzeugungsstrom PS) auf der Basis der Akzeleratoröffnung PA, die der Gaspedalöffnung durch den Fahrer des vorliegenden Fahrzeugs zugeordnet ist, und dem von dem Atmosphärendruck 45 erfassten Atmosphärendruck erhalten wird.
  • Das heißt, wie in Fig. 4 gezeigt, dass der Obergrenzwert des Zufuhrerzeugungsstromwerts PS entsprechend dem Sinken des Atmosphärendrucks PA auf einen reduzierten Wert gesetzt wird, und die Akzeleratoröffnung auf einen reduzierten Wert gesetzt wird, wenn der Zufuhrerzeugungsstromwert PS den Obergrenzwert erreicht.
  • Wie oben erläutert, steuert/regelt die Brennstoffzellen- Steuer/Regelvorrichtung nach dem ersten Aspekt so, dass die Fluss(Massenfluss)rate von Luft als dem der Brennstoffzelle zuzuführenden Reaktionsgas sinkt, wenn die Luft, entsprechend der Abnahme des Atmosphärendrucks, knapp wird. Da die von der Brennstoffzelle erhältliche elektrische Energie abnimmt, wenn die Luftzufuhr abnimmt, wird der Stromwert des von der Brennstoffzelle erzeugten Stroms durch die Strom- Steuer/Regelvorrichtung auf einen geeigneten Wert gesteuert/geregelt (z. B. einen relativ kleinen Wert). Daher ist es hierdurch möglich, zu verhindern, dass die Brennstoffzelle in Fehlfunktionen verfällt, so dass die Erzeugungsspannung der Brennstoffzelle eine unstabile Fluktuation zeigt, oder dass Erzeugungsspannung einen zu starken Abfall zeigt, was eine Steuerung/Regelung der Brennstoffzelle unter den optimierten Bedingungen zur Folge hat.
  • Die Brennstoffzellenfahrzeug-Steuer/Regelvorrichtung nach dem zweiten Aspekt steuert/regelt den Stromwert der Erzeugungsstromausgabe von der Brennstoffzelle auf einen geeigneten Wert durch die Strom- Steuer/Regelvorrichtung auf der Basis der Akzeleratoröffnung und des Atmosphärendrucks. Auch wenn daher das Fahrzeug an einem hoch gelegenen Ort fährt, ist es, da der Stromwert des der Last zuzuführenden erzeugten Stroms auf einen kleineren Wert modifiziert werden kann, möglich, Fehlfunktionen der Brennstoffzelle zu verhindern, so dass die Erzeugungsspannung der Brennstoffzelle eine unstabile Fluktuaton zeigt, oder dass die Erzeugungsspannung einen zu starken Abfall zeigt; hierdurch macht es die obige Konstruktion möglich, zu verhindern, dass die Brennstoffzelle die Langzeithaltbarkeit verliert.
  • Eine Steuer/Regelvorrichtung für eine Brennstoffzelle und ein Brennstoffzellenfahrzeug wird angegeben, die in der Lage ist, eine an einem Fahrzeug installierte Brennstoffzelle in einem optimierten Zustand zu steuern/zu regeln. Eine ECU berechnet einen Sollgeneratorstrom, der von einem Stromsteuergerät auszugeben ist, aus dem Erzeugungsstrom der Brennstoffzelle auf der Basis eines Signals einer von dem Akzeleratoröffnungssensor erfassten Akzeleratoröffnung AC und eines Signals eines von dem Atmosphärendrucksensor erfassten Atmosphärendrucks, und der Sollgeneratorstrom wird in das Stromsteuergerät als der Strombefehlswert eingegeben. Das Stromsteuergerät steuert/regelt den von der Brennstoffzelle auszugebenden Generatorstrom auf der Basis des von der ECU ausgegebenen Strombefehlswerts, d. h. des Generatorbefehls, an die Brennstoffzelle.

Claims (2)

1. Brennstoffzellen-Steuer/Regelvorrichtung umfassend:
eine Reaktionsgas-Zufuhrvorrichtung zum Zuführen von Luft als Reaktionsgas zu einer Brennstoffzelle und eine Atmosphärendruck-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen des Atmosphärendrucks;
eine Last, die durch von der Brennstoffzelle zugeführte Energie angetrieben wird; und
eine Strom-Steuer/Regelvorrichtung zum Steuern/Regeln eines Stromwerts eines von der Brennstoffzelle ausgegebenen erzeugten elektrischen Stroms zur Anlage an die Last in Antwort auf den von der Atmosphärendruckvorrichtung erfassten Atmosphärendruck.
2. Brennstoffzellenfahrzeug-Steuer/Regelvorrichtung zum Steuern/Regeln eines Brennstoffzellenfahrzeugs, das einen Antriebsmotor aufweist, der in der Lage ist, ein Fahrzeug durch von einer Brennstoffzelle zugeführte elektrische Energie anzutreiben, umfassend:
eine Reaktionsgas-Zufuhrvorrichtung zum Zuführen von Luft als Reaktionsgas zu der Brennstoffzelle und eine Atmosphären- Erfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Atmosphärendrucks;
eine Last, die durch von der Brennstoffzelle zugeführte elektrische Energie angetrieben wird; und
eine Strom-Steuer/Regelvorrichtung zum Steuern/Regeln eines Stromwerts eines von der Brennstoffzelle ausgegebenen erzeugten elektrischen Stroms zur Anlage an die Last in Antwort auf den von der Atmosphärendruck-Erfassungsvorrichtung erfassten Atmosphärendruck und eine durch Gaspedalbetätigung des Fahrers des Fahrzeugs bestimmte Akzeleratoröffnung.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7638218B2 (en) 2003-05-14 2009-12-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Operation control of fuel cell system
EP2060433A4 (de) * 2006-09-08 2017-03-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Steuervorrichtung für beweglichen körper

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3741009B2 (ja) * 2001-09-07 2006-02-01 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4622313B2 (ja) * 2003-08-26 2011-02-02 トヨタ自動車株式会社 移動体
JP4525112B2 (ja) 2004-03-08 2010-08-18 日産自動車株式会社 燃料電池車両の制御装置
KR20060123776A (ko) * 2004-03-17 2006-12-04 도요다 지도샤 가부시끼가이샤 연료전지 시스템
JP2005276547A (ja) * 2004-03-24 2005-10-06 Honda Motor Co Ltd 燃料電池の停止装置及び停止方法
KR101248254B1 (ko) * 2004-07-20 2013-03-27 폴 슈레 앙스띠뛰 전기 생산 장치
JP4639916B2 (ja) * 2005-04-05 2011-02-23 トヨタ自動車株式会社 移動体の制御装置
JP4577313B2 (ja) * 2005-05-27 2010-11-10 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池の運転方法
JP4334517B2 (ja) * 2005-09-07 2009-09-30 本田技研工業株式会社 燃料電池システム及びその運転方法
JP4910345B2 (ja) * 2005-09-22 2012-04-04 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP4627487B2 (ja) * 2005-11-16 2011-02-09 本田技研工業株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池の制御方法
JP4548343B2 (ja) * 2006-01-10 2010-09-22 トヨタ自動車株式会社 電池制御装置、電気自動車、および充放電電力決定方法
JP4501908B2 (ja) * 2006-08-11 2010-07-14 日産自動車株式会社 電動機システム
US8642222B2 (en) * 2007-01-19 2014-02-04 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell power request control strategy
JP4406938B2 (ja) * 2007-10-16 2010-02-03 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびコンプレッサの回転数制御方法
DE102007052465A1 (de) * 2007-11-02 2009-05-07 Daimler Ag Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
CN102458889B (zh) * 2009-04-15 2014-08-20 日产自动车株式会社 车辆组件安装结构
EP2419291B1 (de) * 2009-04-15 2014-09-10 Nissan Motor Co., Ltd. Montageanordnung für eine fahrzeugkomponente
CN102473943A (zh) * 2009-08-17 2012-05-23 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
JP5291013B2 (ja) * 2010-01-28 2013-09-18 新明和工業株式会社 燃料電池システム
US8771895B2 (en) * 2010-02-03 2014-07-08 GM Global Technology Operations LLC Online anode pressure bias to maximize bleed velocity while meeting emission constraint
KR101481233B1 (ko) * 2012-12-07 2015-01-09 현대자동차주식회사 연료전지차량의 급기장치
KR101724846B1 (ko) * 2015-06-01 2017-04-07 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 운전 제어 방법
FR3045213B1 (fr) * 2015-12-11 2017-12-29 Michelin & Cie Procede de pilotage de pile a combustible
KR102637115B1 (ko) * 2018-11-01 2024-02-15 현대자동차주식회사 연료전지 차량용 공기압축기 모터 제어 방법 및 이를 이용한 연료전지 차량 운전 제어 방법
KR102884621B1 (ko) 2019-09-16 2025-11-12 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 운전 제어시스템 및 제어방법
KR102703754B1 (ko) * 2019-12-10 2024-09-09 현대자동차주식회사 친환경 차량의 연료 전지 제어 장치, 그를 포함한 시스템 및 그 방법
CN112652791B (zh) * 2020-12-22 2022-05-03 佛山仙湖实验室 一种氢燃料电池的氢气空气协调控制方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06243886A (ja) * 1993-02-16 1994-09-02 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池の反応空気供給方法およびその装置
DE4322765C1 (de) 1993-07-08 1994-06-16 Daimler Benz Ag Verfahren und Vorrichtung zur dynamischen Leistungsregelung für ein Fahrzeug mit Brennstoffzelle
DE19540824C2 (de) * 1995-11-02 2001-02-22 Xcellsis Gmbh Verfahren zur dynamischen Einstellung der Leistung für ein Fahrzeug mit Brennstoffzelle
DE69707704T3 (de) * 1996-12-20 2013-07-11 Manuel Dos Santos Da Ponte Hybridgeneratorvorrichtung
DE50001614D1 (de) 1999-01-28 2003-05-08 Siemens Ag Vorrichtung und verfahren zur leistungsregelung eines brennstoffzellenstacks
US6815106B1 (en) 2000-05-31 2004-11-09 General Motors Corporation Fuel cell having dynamically regulated backpressure

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7638218B2 (en) 2003-05-14 2009-12-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Operation control of fuel cell system
EP2060433A4 (de) * 2006-09-08 2017-03-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Steuervorrichtung für beweglichen körper

Also Published As

Publication number Publication date
US6964822B2 (en) 2005-11-15
JP4672183B2 (ja) 2011-04-20
DE10222422B4 (de) 2007-10-04
US20020175010A1 (en) 2002-11-28
JP2002352833A (ja) 2002-12-06

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