專利名稱：燃料電池的輸出控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池的輸出控制裝置，特別是涉及進(jìn)行與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動電 路連接的燃料電池的輸出控制的燃料電池的輸出控制裝置。
背景技術(shù)：
由于對環(huán)境的影響少，所以在車輛上搭載燃料電池。燃料電池不是二次電池，所以 為了應(yīng)對負(fù)載變動等，通常一并使用高電壓的蓄電裝置。該高壓蓄電裝置已知其性能因過 放電或過充電而降低。因此，按照負(fù)載的狀況使燃料電池的發(fā)電為適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)對維持高電 壓蓄電裝置的性能也很重要。例如專利文獻(xiàn)1中說明的是，在燃料電池車輛的控制裝置中，當(dāng)燃料電池的溫度 降低時可輸出的電力趨于降低，在電動機(jī)的轉(zhuǎn)速相對低時，電動機(jī)的輸出急劇增大的可能 性高，因此，在這些條件時，供給到PCU的系統(tǒng)電壓急劇降低的可能性提高。在此公開有，根 據(jù)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和油門開度求取對應(yīng)于轉(zhuǎn)矩指令的驅(qū)動要求輸出，且根據(jù)燃料電池的溫度 和電動機(jī)轉(zhuǎn)速來限制電動機(jī)輸出限制開始電壓和電動機(jī)輸出限制結(jié)束電壓，由此系統(tǒng)電壓 不會過于降低。在此，系統(tǒng)電壓是輸入到負(fù)載即電動機(jī)的驅(qū)動電路的電壓，也有時是燃料電 池的輸出電壓。專利文獻(xiàn)1 日本特開2006-345651號公報對燃料電池的輸出指令值如專利文獻(xiàn)1中所述，基于由油門開度等指示的轉(zhuǎn)矩指 令值，根據(jù)額定電壓的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性計算。即，以與在額定電壓下旋轉(zhuǎn)電機(jī)所 消耗的電力一致的方式計算對燃料電池的輸出指令值。該情況下的額定電壓是對于旋轉(zhuǎn)電 機(jī)的驅(qū)動電壓即專利文獻(xiàn)1的系統(tǒng)電壓的額定電壓。額定電壓在旋轉(zhuǎn)電機(jī)、燃料電池系統(tǒng) 或搭載燃料電池系統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)中作為進(jìn)行動作控制時的基準(zhǔn)值，是基于額定電壓進(jìn)行各 種設(shè)定的電壓。但是，當(dāng)系統(tǒng)電壓低于額定電壓時，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動電壓比額定電壓低。該情況 下，對燃料電池的輸出指令值基于額定電壓計算，因此，燃料電池的發(fā)電電力比作為負(fù)載的 旋轉(zhuǎn)電機(jī)所消耗的電力更大。相反，當(dāng)系統(tǒng)電壓高于額定電壓時，燃料電池的發(fā)電電力相對 于作為負(fù)載的旋轉(zhuǎn)電機(jī)所消耗的電力不足。這樣，當(dāng)對旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動電路的系統(tǒng)電壓偏 離額定電壓時，可能產(chǎn)生燃料電池的發(fā)電脫離最佳狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種燃料電池的輸出控制裝置，可根據(jù)相對于旋轉(zhuǎn)電機(jī) 的驅(qū)動電路的系統(tǒng)電壓使燃料電池的發(fā)電變得適當(dāng)。本發(fā)明提供一種燃料電池的輸出控制裝置，其特征在于，具備根據(jù)輸入到與燃料 電池連接的旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動電路的電壓值即系統(tǒng)電壓值來限制旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令值的轉(zhuǎn) 矩限制單元；及根據(jù)基于受到限制的轉(zhuǎn)矩指令值和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速而求出的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的消 耗電力值來計算對燃料電池的輸出指令值的單元。
3
另外，本發(fā)明的燃料電池的輸出控制裝置中，優(yōu)選的是，轉(zhuǎn)矩限制單元基于根據(jù)系 統(tǒng)電壓值變化的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，來限制旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令值。另外，本發(fā)明的燃料電池的輸出控制裝置中，優(yōu)選的是，轉(zhuǎn)矩限制單元將降低系統(tǒng) 電壓值來進(jìn)行低效率發(fā)電處理時的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令值限制為比進(jìn)行通常發(fā)電處理時 的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令值低。根據(jù)上述構(gòu)成，燃料電池的輸出控制裝置基于系統(tǒng)電壓值來限制旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩 指令值，且基于根據(jù)受到限制的轉(zhuǎn)矩指令值和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速求得的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的消耗電力 值來計算對燃料電池輸出的指令值。這樣，由于根據(jù)系統(tǒng)電壓值設(shè)定燃料電池的輸出指令 值，所以可使燃料電池的發(fā)電適當(dāng)。另外，燃料電池的輸出控制裝置中，基于根據(jù)系統(tǒng)電壓值變化的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩間的關(guān)系來限制旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令值。例如，同步型旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān) 系根據(jù)系統(tǒng)電壓發(fā)生變化。在這樣的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的情況下，基于根據(jù)系統(tǒng)電壓變化的特性來 限制轉(zhuǎn)矩指令值，且基于該受到限制的轉(zhuǎn)矩指令值來計算燃料電池的輸出指令值。因此，可 根據(jù)系統(tǒng)電壓使燃料電池的發(fā)電適當(dāng)。另外，燃料電池的輸出控制裝置中，將降低系統(tǒng)電壓值來進(jìn)行低效率發(fā)電處理時 的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令值限制為比進(jìn)行通常發(fā)電處理時的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令值低。例如 在燃料電池為低溫的情況下，為了加速溫度上升，而在脫離燃料電池的最佳效率的動作條 件下進(jìn)行發(fā)電。有時將其稱作基于低效率發(fā)電的預(yù)熱處理，但例如可通過降低燃料電池的 輸出電壓來進(jìn)行低效率發(fā)電。該情況下，由于降低系統(tǒng)電壓，所以可根據(jù)該系統(tǒng)電壓將轉(zhuǎn)矩 指令值限制得較低，由此可使燃料電池的發(fā)電量適當(dāng)。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式中具備旋轉(zhuǎn)電機(jī)的燃料電池搭載車輛的驅(qū)動控制 系統(tǒng)的構(gòu)成的圖；圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式中系統(tǒng)電壓特性映射的例子的圖；圖3是用框圖表示本發(fā)明的實(shí)施方式中控制部的各功能的圖。標(biāo)號說明10驅(qū)動控制系統(tǒng)；12旋轉(zhuǎn)電機(jī)；14FC輔機(jī)；16制動器踏度傳感器；18制動器EOT ； 20油門開度傳感器；22蓄電池EOT ； 30電源電路；32蓄電裝置；34、38平滑電容器；36電壓 轉(zhuǎn)換器；40電壓檢測器；44燃料電池；46M/G逆變器；48輔機(jī)逆變器；60控制部；62存儲裝 置；64系統(tǒng)電壓特性映射；66急速預(yù)熱處理模塊；68轉(zhuǎn)矩指令值限制模塊；70輸出指令值 計算模塊；80、84牽引特性；82、86再生特性。
具體實(shí)施例方式下面，使用附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。下面，對將旋轉(zhuǎn)電機(jī)搭載于車輛上的 情況進(jìn)行說明，但也可以是用于車輛用以外的用途的旋轉(zhuǎn)電機(jī)、例如固定型的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。另 外，下面，作為搭載燃料電池的車輛，對具備一臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)的情況進(jìn)行說明，但旋轉(zhuǎn)電機(jī)也 可以為多個。另外，作為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，對具有作為電動機(jī)的功能和作為發(fā)電機(jī)的功能的電動機(jī) /發(fā)電機(jī)進(jìn)行說明，但也可以是僅具有電動機(jī)的功能的電機(jī)，還可以是分別具有電動機(jī)和發(fā)
4電機(jī)的車輛。另外，以下，作為基于系統(tǒng)電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩限制的情況，對通過燃料電池 的低效率發(fā)電進(jìn)行早期預(yù)熱的情況進(jìn)行詳述，但這是用于說明的一例。若基于系統(tǒng)電壓進(jìn) 行旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩限制，則在此外的情況下也可以實(shí)施本發(fā)明。例如，在根據(jù)車輛行駛條件 或車輛的環(huán)境狀況來限制系統(tǒng)電壓的情況下，也可以實(shí)施本發(fā)明。另外，下面，作為電源電 路，對含有高電壓的蓄電裝置、燃料電池、電壓轉(zhuǎn)換器、高電壓動作的逆變器的構(gòu)成進(jìn)行了 說明，但也可以含有除此之外的裝置。例如，可含有系統(tǒng)主繼電器、低電壓蓄電池、低電壓動 作的DC/DC轉(zhuǎn)換器等。圖1是表示具備旋轉(zhuǎn)電機(jī)的燃料電池搭載車輛的驅(qū)動控制系統(tǒng)10的構(gòu)成的圖。特 別是，在此，對根據(jù)基于燃料電池的低效率發(fā)電的早期預(yù)熱處理的情況下產(chǎn)生的系統(tǒng)電壓 的變化進(jìn)行的燃料電池的輸出控制進(jìn)行敘述。該驅(qū)動控制系統(tǒng)10構(gòu)成為具備包含燃料電池44和作為二次電池的蓄電裝置32 的電源電路30、與該電路連接的旋轉(zhuǎn)電機(jī)12和燃料電池用輔機(jī)(FC輔機(jī))14、決定車輛的 驅(qū)動要求的制動器踏度傳感器16及制動器ECU (Electric Control Unit 電子控制單元)、 油門開度傳感器20、控制蓄電裝置32的充放電的蓄電池E⑶22、控制部60、及與控制部60 連接的存儲裝置62。旋轉(zhuǎn)電機(jī)12為搭載于車輛上的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)(M/G)，是在供給電力時作為電動 機(jī)起作用、在制動時作為發(fā)電機(jī)起作用的三相同步型旋轉(zhuǎn)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)12的轉(zhuǎn)速通過適 當(dāng)?shù)臋z測單元檢測出，該檢測值被傳送給控制部60。FC輔機(jī)14是用于燃料電池44的輔機(jī)，是設(shè)于氧化氣體流路上的空氣壓縮機(jī) (ACP)、設(shè)于燃料氣體流路上的氫泵、及燃料電池用冷卻泵等。這些FC輔機(jī)14接受例如約 200V左右的高電壓電力的供給而進(jìn)行工作。另外，F(xiàn)C是表示燃料電池44的Fuel Cell的 省略標(biāo)記。下面，根據(jù)需要將燃料電池44稱作FC。電源電路30是與電動機(jī)/發(fā)電機(jī)即旋轉(zhuǎn)電機(jī)12及FC輔機(jī)14連接的電路。對旋 轉(zhuǎn)電機(jī)12進(jìn)行敘述時，具有下述功能，旋轉(zhuǎn)電機(jī)12作為驅(qū)動電動機(jī)起作用時，對旋轉(zhuǎn)電機(jī) 供給電力，或者旋轉(zhuǎn)電機(jī)12作為發(fā)電機(jī)起作用時，接受再生電力而充電于作為二次電池的 蓄電裝置32。另外，對FC輔機(jī)14進(jìn)行敘述時，具有供給輔機(jī)工作所需的高電壓電力的功 能。電源電路30構(gòu)成為包括作為二次電池的蓄電裝置32 ；蓄電裝置側(cè)的平滑電容器 34 ；電壓轉(zhuǎn)換器36 ；燃料電池側(cè)的平滑電容器38 ；燃料電池44 ；與旋轉(zhuǎn)電機(jī)12連接的M/G 逆變器46 ；及與FC輔機(jī)14連接的輔機(jī)逆變器48。蓄電裝置32是可充放電的高電壓二次電池，經(jīng)由電壓轉(zhuǎn)換器36在與燃料電池44 之間進(jìn)行電力的互換，具有與旋轉(zhuǎn)電機(jī)12、FC輔機(jī)14等負(fù)載的變動相對應(yīng)的功能。作為這 樣的蓄電裝置32，例如可使用具有約200V 300V的端子電壓的鋰離子電池組或鎳氫電池 組或電容器等。另外，蓄電裝置32是所謂的高電壓蓄電池，單作為蓄電池敘述時，多指該蓄 電裝置32。因此，以下，根據(jù)需要將蓄電裝置32稱作蓄電池。電壓轉(zhuǎn)換器36是具有在蓄電裝置32側(cè)的高電壓和燃料電池44側(cè)的高電壓之間 進(jìn)行電力的交換的功能的電路。例如在利用蓄電裝置32對旋轉(zhuǎn)電機(jī)12的驅(qū)動進(jìn)行輔助時， 從蓄電裝置32側(cè)向燃料電池44側(cè)，進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換并供給高電壓電力，相反，在對蓄電裝置32充電時，從燃料電池44側(cè)向蓄電裝置32側(cè)，進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換并供給高電壓電力。作為這樣 的電壓轉(zhuǎn)換器36，可使用含有電抗器的雙方向型轉(zhuǎn)換器。在電壓轉(zhuǎn)換器36的兩側(cè)分別設(shè)有平滑電容器。即，在連接電壓轉(zhuǎn)換器36和蓄電 裝置32的正極側(cè)母線和負(fù)極側(cè)母線之間設(shè)置有蓄電裝置側(cè)的平滑電容器34，在連接電壓 轉(zhuǎn)換器36和燃料電池44的正極側(cè)母線和負(fù)極側(cè)母線之間設(shè)置有燃料電池側(cè)的平滑電容器 38。
燃料電池44是將多個燃料電池單體電池組合而構(gòu)成為可取出約200V 300V程 度的高電壓的發(fā)電電力的一種電池組，被稱作燃料電池組。在此，各燃料電池單體電池具有 下述功能，即，向陽極側(cè)供給作為燃料氣體的氫，向陰極側(cè)供給作為氧化氣體的空氣，利用 通過固體高分子膜即電解質(zhì)膜的電化學(xué)反應(yīng)取出所需要的電力。為了使該燃料電池44動 作，需要上述FC輔機(jī)14動作。電壓檢測器40設(shè)于將燃料電池44和電壓轉(zhuǎn)換器36連接的正極側(cè)母線和負(fù)極側(cè) 母線之間，具有檢測燃料電池44的輸出電壓值的功能。燃料電池44的輸出電壓值即是輸 入到與旋轉(zhuǎn)電機(jī)12連接的M/G逆變器46的電壓值，因此電壓檢測器40檢測所謂的系統(tǒng)電 壓值。檢測出的系統(tǒng)電壓值經(jīng)由適當(dāng)?shù)男盘柧€被傳送至控制部60。M/G逆變器46是具有在控制部60的控制下將高電壓直流電力變換成交流三相驅(qū) 動電力并供給至旋轉(zhuǎn)電機(jī)12的功能、和相反地將來自旋轉(zhuǎn)電機(jī)12的交流三相再生電力變 換成高電壓直流充電電力的功能的電路。這樣的M/G逆變器46可由含有開關(guān)元件及二極 管等的電路構(gòu)成。輔機(jī)逆變器48具有在控制部60的控制下將高電壓直流電力變換成交流三相驅(qū)動 電力并供給至FC輔機(jī)14的功能。這樣的輔機(jī)逆變器48的構(gòu)成基本上與M/G逆變器46相 同。接著，對與控制部60連接的各裝置進(jìn)行說明。制動器踏度傳感器16是檢測制動 踏板等的動作量的傳感器。在此，制動器ECU18具有如下功能接受制動器踏度傳感器16 的檢測值，將其換算成對旋轉(zhuǎn)電機(jī)12的制動要求轉(zhuǎn)矩并輸入到控制部60。油門開度傳感器 20具有如下功能檢測油門踏板等的動作量，將其換算成對旋轉(zhuǎn)電機(jī)12的驅(qū)動要求轉(zhuǎn)矩并 輸入到控制部60。即，制動器踏度傳感器16和油門開度傳感器20是由用戶操作并指示對 旋轉(zhuǎn)電機(jī)12的要求轉(zhuǎn)矩的單元。蓄電池ECU22是具有檢測高電壓蓄電池即蓄電裝置32的狀態(tài)并將其充放電狀態(tài) 控制在最佳狀態(tài)的功能的控制裝置。作為蓄電裝置32的狀態(tài)，例如監(jiān)視輸出電壓、輸入輸 出電流、溫度、SOC (State Of Charge:充電狀態(tài))等，將其值根據(jù)需要傳送至控制部60。與控制部60連接的存儲裝置62具有存儲由控制部60執(zhí)行的程序等的功能，特別 是在此，就存儲旋轉(zhuǎn)電機(jī)12的特性而言，具有存儲相對于系統(tǒng)電壓的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性即系 統(tǒng)電壓特性映射64的功能。圖2是表示系統(tǒng)電壓特性映射64的例子。下面，使用圖1的標(biāo)號進(jìn)行說明。系統(tǒng) 電壓特性映射64是表示旋轉(zhuǎn)電機(jī)12的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性對系統(tǒng)電壓的依存性的圖。圖2中， 橫軸取旋轉(zhuǎn)電機(jī)12的轉(zhuǎn)速，縱軸取旋轉(zhuǎn)電機(jī)12的輸出軸的轉(zhuǎn)矩，表示旋轉(zhuǎn)電機(jī)12的所謂 的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性。圖2中實(shí)線表示在系統(tǒng)電壓為額定電壓時將油門開度設(shè)為100%，轉(zhuǎn)矩 相對于轉(zhuǎn)速如何變化。在此，由于旋轉(zhuǎn)電機(jī)12為車輛搭載用，所以轉(zhuǎn)矩為正值時是驅(qū)動車輛的驅(qū)動輪的牽引特性80的情況，轉(zhuǎn)矩為負(fù)值時是車輛為制動狀態(tài)的再生特性82的情況。表示系統(tǒng)電壓的額定電壓值之一例時，在上述例子中燃料電池44的電壓為約 200V 約300V，所以例如可設(shè)為240V。在此，在燃料電池44為低溫的情況下，為了實(shí)現(xiàn)早 期升溫，而在脫離燃料電池44的最佳工作條件的條件下進(jìn)行發(fā)電。例如，進(jìn)行的是將燃料 電池44的輸出電壓設(shè)為比最佳條件低的電壓，降低發(fā)電效率而將該降低部分用于發(fā)熱。在 這樣的基于低效率發(fā)電的早期預(yù)熱的情況下，由于將燃料電池44的輸出電力設(shè)定得較低， 故而系統(tǒng)電壓也降低。例如在低效率發(fā)電中為約180V左右的系統(tǒng)電壓。旋轉(zhuǎn)電機(jī)12為三相同步型，因此根據(jù)系統(tǒng)電壓即驅(qū)動電壓的大小在相同轉(zhuǎn)速下， 轉(zhuǎn)矩大小變化。圖2中虛線表示在系統(tǒng)電壓為低于額定電壓的電壓時，將油門開度設(shè)為 100%，轉(zhuǎn)矩相對于轉(zhuǎn)速如何變化。例如表示系統(tǒng)電壓即驅(qū)動電壓為約180V的情況。另外， 與實(shí)線的情況相同，轉(zhuǎn)矩為正值時是驅(qū)動車輛的驅(qū)動輪的牽引特性84的情況，轉(zhuǎn)矩為負(fù)值 時是車輛為制動狀態(tài)的再生特性86的情況。在圖2中，使用在某一轉(zhuǎn)速下顯示的線，關(guān)注該轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)矩時，在系統(tǒng)電壓為約 240V的額定電壓的實(shí)線的情況下，轉(zhuǎn)矩為A點(diǎn)的值。另一方面，在系統(tǒng)電壓為約180V的基 于低效率發(fā)電的早期預(yù)熱時的虛線的情況下，轉(zhuǎn)矩為 比A點(diǎn)小的B點(diǎn)的值。在轉(zhuǎn)速相同的 條件下，旋轉(zhuǎn)電機(jī)12在系統(tǒng)電壓從約240V降低至180V時，轉(zhuǎn)矩從A點(diǎn)的值降低到B點(diǎn)的值。換言之，當(dāng)在該轉(zhuǎn)速條件下從額定電壓降低到低效率發(fā)電的電壓時，旋轉(zhuǎn)電機(jī)12 的消耗電力值降低至B/A。在此，當(dāng)使對于燃料電池44的輸出指令值即發(fā)電電力指令值不 變時，由旋轉(zhuǎn)電機(jī)12消耗的電力降低至B/A，因此不會消耗而殘留(A-B)X轉(zhuǎn)速的量。因 此，該情況下，燃料電池44過剩發(fā)電，剩余的電力傳送至蓄電裝置32，根據(jù)情況，蓄電裝置 32會過充電。為了防止該現(xiàn)象，使對燃料電池44的輸出指令值即FC輸出指令值根據(jù)圖2 的特性變化而進(jìn)行變更即可。即，圖2的系統(tǒng)電壓特性映射64是用于FC輸出指令值的變 更。再次返回圖1，在存儲裝置62中存儲圖2的系統(tǒng)電壓特性映射64。如上所述，系 統(tǒng)電壓特性映射64表示根據(jù)系統(tǒng)電壓變化的轉(zhuǎn)矩_轉(zhuǎn)速特性，因此可以不按映射的形態(tài)， 而以系統(tǒng)電壓、轉(zhuǎn)速為檢索關(guān)鍵詞，以讀出轉(zhuǎn)矩的形式進(jìn)行存儲。例如，可以按以系統(tǒng)電壓 和轉(zhuǎn)速為輸入、以轉(zhuǎn)矩值為輸出的換算表的表格形式或計算形式等進(jìn)行存儲。控制部60具有將驅(qū)動控制系統(tǒng)10的各裝置作為整體進(jìn)行控制的功能，在此，特別 是具有根據(jù)系統(tǒng)電壓的變化而變更燃料電池44的輸出指令值的功能。在此，控制部60在 車輛的驅(qū)動控制系統(tǒng)10中相當(dāng)于燃料電池的輸出控制裝置?？刂撇?0構(gòu)成為包括基于 燃料電池44的低效率發(fā)電進(jìn)行急速預(yù)熱的急速預(yù)熱處理模塊66、根據(jù)伴隨急速預(yù)熱處理 的系統(tǒng)電壓的變更來限制轉(zhuǎn)矩指令值的轉(zhuǎn)矩指令值限制模塊68、及根據(jù)受到限制的轉(zhuǎn)矩指 令值來計算燃料電池的輸出指令值的FC輸出指令值計算模塊70。這樣的控制部60可由適合車輛搭載的計算機(jī)構(gòu)成?？刂撇?0也可以由單獨(dú)的計 算機(jī)構(gòu)成，但在有其它車輛搭載ECU等的情況下，也可以將控制部60的功能作為該車輛搭 載ECU的功能的一部分?？刂撇?0的上述各功能可通過軟件實(shí)現(xiàn)，例如可通過執(zhí)行對應(yīng)的 燃料電池輸出控制程序來實(shí)現(xiàn)。使用圖3對上述構(gòu)成的作用、特別是控制部60的各功能進(jìn)行詳細(xì)說明。下面，使用圖1、圖2的標(biāo)號進(jìn)行說明。圖3相當(dāng)于用框圖表示控制部60的各功能的圖，在此，從通 過控制部60執(zhí)行的程序的觀點(diǎn)來說明。因此，這些程序分別與相對應(yīng)的燃料電池輸出控制 程序的各處理程序?qū)?yīng)。開始燃料電池輸出控制程序，判斷燃料電池44是否處于滿足預(yù)定的急速預(yù)熱處 理執(zhí)行條件的狀況。該判斷例如可通過將燃料電池44的溫度即燃料電池的冷卻水溫度或 外部氣體溫度等與規(guī)定的閾值溫度相比較來進(jìn)行。當(dāng)判斷為滿足急速預(yù)熱處理執(zhí)行條件 時，對燃料電池44輸出在低效率發(fā)電條件下進(jìn)行發(fā)電的指令。該程序通過控制部60的急 速預(yù)熱處理模塊66的功能執(zhí)行。由此，如圖2中所說明，將燃料電池44的輸出電壓設(shè)定為規(guī)定的低電壓，由此， 系統(tǒng)電壓成為低于額定電壓的電壓。上述例中，系統(tǒng)電壓從約240V的額定電壓降低至約 180Vo另外，這樣進(jìn)行通常發(fā)電和低效率發(fā)電之間的切換時，優(yōu)選對轉(zhuǎn)矩限制值進(jìn)行速率限 制處理，抑制運(yùn)轉(zhuǎn)性能的惡化。其次，執(zhí)行圖3所示的各程序。首先，通過油門開度和制動器踏度分別計算用戶要 求的牽引轉(zhuǎn)矩指令和再生轉(zhuǎn)矩指令(Sio、S12、S14、S16)，將它們相加來以轉(zhuǎn)矩合成的形式 計算要求轉(zhuǎn)矩(S18)。牽引轉(zhuǎn)矩指令根據(jù)基于 油門開度傳感器20的檢測值的油門開度進(jìn)行 換算來計算，再生轉(zhuǎn)矩指令通過制動器ECU18將制動器踏度傳感器16的檢測值換算為轉(zhuǎn)矩 來計算。對于合成轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行最大再生轉(zhuǎn)矩的保護(hù)處理(S20)。在此，進(jìn)行與S16相同的處 理，但由于增加了 S18的運(yùn)算，所以為了慎重起見而再次執(zhí)行限制處理。接著，進(jìn)行基于旋 轉(zhuǎn)電機(jī)12及M/G逆變器46的溫度的轉(zhuǎn)矩限制處理(S22)。而且，進(jìn)行基于高電壓蓄電裝置 32的輸出電壓的轉(zhuǎn)矩限制處理(S24)。這樣，例如可求出用戶操作的油門開度等條件下的 轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性。至此可進(jìn)行例如額定電壓下的運(yùn)算。接著，檢測系統(tǒng)電壓，執(zhí)行對應(yīng)于系統(tǒng)電壓的最大轉(zhuǎn)矩、最小轉(zhuǎn)矩的限制處理 (S26)。該程序通過利用控制部60的轉(zhuǎn)矩指令值限制模塊68的功能從存儲裝置62讀出系 統(tǒng)電壓特性映射64來執(zhí)行。具體而言，以由電壓檢測器40檢測出的系統(tǒng)電壓和從旋轉(zhuǎn)電 機(jī)12傳輸來的轉(zhuǎn)速為檢索關(guān)鍵詞，從系統(tǒng)電壓特性映射64讀出最大轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩。在此，最大轉(zhuǎn)矩是牽引時即轉(zhuǎn)矩為正值的情況下的轉(zhuǎn)矩，最小轉(zhuǎn)矩是再生時即轉(zhuǎn) 矩為負(fù)值的情況下的轉(zhuǎn)矩。因此，對應(yīng)于系統(tǒng)電壓的最大轉(zhuǎn)矩、最小轉(zhuǎn)矩在圖2的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn) 速特性中是轉(zhuǎn)矩為正值時的牽引特性80、84、和轉(zhuǎn)矩為負(fù)值時的再生特性82、86。上述例 中，在系統(tǒng)電壓為額定電壓的情況下，最大轉(zhuǎn)矩由牽引特性80限制上限，最小特性由再生 特性82限制下限。而且，在系統(tǒng)電壓為約180V的情況下，最大轉(zhuǎn)矩由牽引特性84限制上 限，最小特性由再生特性86限制下限。這樣進(jìn)行對應(yīng)于系統(tǒng)電壓的轉(zhuǎn)矩的限制處理即轉(zhuǎn)矩指令值的限制處理時，通過將 受到限制的牽引轉(zhuǎn)矩指令和受到限制的再生轉(zhuǎn)矩指令相加來求取合成轉(zhuǎn)矩指令值(S28)。 例如，在制動器踏度為零、油門開度為100%、系統(tǒng)電壓為約180V的情況下，如圖2中所說 明，合成轉(zhuǎn)矩指令值相當(dāng)于B點(diǎn)的值。通過將旋轉(zhuǎn)電機(jī)12的轉(zhuǎn)速與該合成轉(zhuǎn)矩指令值相乘， 計算旋轉(zhuǎn)電機(jī)12的消耗電力(S30)。而且，作為與之相對應(yīng)的值，計算燃料電池44的發(fā)電 指令值即FC輸出指令值(S32)。計算出的FC輸出指令值被指示給輔機(jī)逆變器48，以使燃 料電池44根據(jù)該指令值進(jìn)行發(fā)電的方式驅(qū)動FC輔機(jī)14。
這樣根據(jù)系統(tǒng)電壓來計算FC輸出指令值，因此可使燃料電池44的發(fā)電適當(dāng)。產(chǎn)業(yè)上的可利用性驅(qū)動控制系統(tǒng)10可適用于基于系統(tǒng)電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩限制的用途，例如也可以用于搭載旋轉(zhuǎn)電機(jī)(發(fā)電機(jī)、電動機(jī))的車輛或用于車輛用以外的旋轉(zhuǎn)電機(jī)例如固 定型旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
權(quán)利要求
一種燃料電池的輸出控制裝置，其特征在于，具備根據(jù)輸入到與燃料電池連接的旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動電路的電壓值即系統(tǒng)電壓值來限制旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令值的轉(zhuǎn)矩限制單元；及根據(jù)基于受到限制的轉(zhuǎn)矩指令值和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速而求出的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的消耗電力值來計算對燃料電池的輸出指令值的單元。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池的輸出控制裝置，其特征在于，轉(zhuǎn)矩限制單元基于根據(jù)系統(tǒng)電壓值變化的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，來限制 旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令值。
3.如權(quán)利要求1所述的燃料電池的輸出控制裝置，其特征在于，轉(zhuǎn)矩限制單元將降低系統(tǒng)電壓值來進(jìn)行低效率發(fā)電處理時的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令值 限制為比進(jìn)行通常發(fā)電處理時的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令值低。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具備旋轉(zhuǎn)電機(jī)的搭載燃料電池的車輛的驅(qū)動控制系統(tǒng)(10)，控制部(60)的構(gòu)成包括進(jìn)行燃料電池(44)的低效率發(fā)電的急速預(yù)熱的急速預(yù)熱處理模塊(66)、根據(jù)伴隨急速預(yù)熱處理的系統(tǒng)電壓的變更來限制轉(zhuǎn)矩指令值的轉(zhuǎn)矩指令值限制模塊(68)、及根據(jù)受到限制的轉(zhuǎn)矩指令值來計算燃料電池的輸出指令值的FC輸出指令值計算模塊(70)。在與控制部(60)連接的存儲裝置(62)中存儲有與系統(tǒng)電壓對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性即系統(tǒng)電壓特性映射(64)。
文檔編號B60L11/18GK101836320SQ20088011280
公開日2010年9月15日 申請日期2008年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月22日
發(fā)明者今井敦志, 吉田道雄 申請人:豐田自動車株式會社