專利名稱：燃料電池車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用燃料電池和蓄電裝置來驅(qū)動行駛電動機的燃料電池車輛。
背景技術(shù)：
使用燃料電池和蓄電池來驅(qū)動行駛電動機的燃料電池車輛是公知的(美國特許申請公開第 2009/0105895 號(以下稱為“US 2009/0105895A1 ”。)、日本特開 2009-046020號公報(以下稱為“JP 2009-046020A”。))。在US 2009/0105895A1中，在加速器開度的變化率AAcc大時，增大蓄電池輔助(assist)量，且在變化率AAcc小時，減小蓄電池輔助量(說明書摘要)。直到行駛要求功率Pdr*和燃料電池的輸出Pfc之間的差分Λ P實質(zhì)上成為零為止都持續(xù)基于變化率AAcc的蓄電池輔助量的調(diào)整(圖3的S150、S155、S190)。另外，在US 2009/0105895A1中，與通·常模式的情況比較，在選擇了賽車模式時，增大蓄電池輔助量，而在選擇了節(jié)能模式時，減小蓄電池輔助量(說明書摘要、圖8)。另外，在JP 2009-046020A中，為了抑制爬坡時的燃料電池的溫度上升，在燃料電池6的溫度為閾值以上時，使空調(diào)裝置21的輸出減少。由此，通過減少來自在燃料電池6的散熱器9的前方所配置的空調(diào)裝置21的電容器22的散熱量，來提高散熱器9的冷卻效率(說明書摘要)。如上所述，在US 2009/0105895A1中，對應(yīng)于加速器開度變化率Λ Acc或行駛模式來調(diào)整了蓄電池輔助量，但針對在長距離爬坡時(特別是在高速爬坡時)的蓄電池輔助量(來自蓄電池的輸出)未作任何探討。假如在長距離爬坡時應(yīng)用US 2009/0105895Α1的控制，在行駛要求功率I3Dr*和燃料電池的輸出Pfc之間的差分ΛΡ實質(zhì)上不為零的狀態(tài)發(fā)生持續(xù)的情況下，存在有蓄電池輔助量大的狀態(tài)持續(xù)從而蓄電池的剩余容量變得用盡的風險。針對該點，JP 2009-046020A也未作任何記載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明考慮到這樣的課題而提出，其目的在于，提供一種能將來自在高速爬坡時的蓄電裝置的輔助設(shè)為優(yōu)選的輔助的燃料電池車輛。本發(fā)明所涉及的燃料電池車輛具備行駛電動機；燃料電池，其對所述行駛電動機供應(yīng)電力；蓄電裝置，其既能對所述行駛電動機供應(yīng)電力，又能以所述行駛電動機的再生電力或所述燃料電池的發(fā)電電力進行充電；和電力分配裝置，其對所述燃料電池的發(fā)電電力、所述蓄電裝置的輸出電力、所述行駛電動機的再生電力的供應(yīng)目的地進行控制；所述燃料電池車輛還具備長距離爬坡探測單元，其探測由所述燃料電池車輛進行的長距離爬坡；和控制單元，其進行控制，使得在由所述長距離爬坡探測單元探測出所述長距離爬坡的情況下，與探測到該長距離爬坡前相比較，使所述燃料電池的輸出配給量變大。根據(jù)本發(fā)明，進行控制使得在探測出長距離爬坡的情況下，較之于探測到該長距離爬坡前，使燃料電池的輸出配給量變大。因此，由于蓄電裝置的輸出配給量相對減少，故而在由燃料電池車輛進行的長距離爬坡中，能防止蓄電裝置的剩余容量(SOC)因大輸出放電而提早下降從而蓄電裝置的輔助提早變得不能進行。也可以是，所述燃料電池車輛還具備冷卻裝置，其通過冷媒來冷卻所述燃料電池，在由所述長距離爬坡探測單元探測出所述長距離爬坡的情況下，對應(yīng)于所述燃料電池的溫度的上升來限制空氣調(diào)節(jié)器的輸出。由此，通過在燃料電池車輛處于長距離爬坡中時限制空氣調(diào)節(jié)器的輸出，能使剩余電力利用于行駛電動機的輸出。在此基礎(chǔ)上，例如，在來自空氣調(diào)節(jié)器的熱量使燃料電池或冷媒的溫度上升的情況下，或還將燃料電池的冷媒用于空氣調(diào)節(jié)器的冷卻的情況下，通過空氣調(diào)節(jié)器的輸出限制來抑制空氣調(diào)節(jié)器的發(fā)熱，從而即使在燃料電池的輸出上升的情況下，也能良好地保護燃料電池不受熱量侵害，進而能防止因燃料電池的過熱而導致的燃料電池的輸出以及效率的下降。也可以在將所述蓄電裝置設(shè)為蓄電池的情況下，設(shè)定進行所述燃料電池的發(fā)電的所述蓄電池的剩余容量(SOC)的上限值，當所述剩余容量超過所述上限值時，不進行所述燃料電池的發(fā)電，在由所述長距離爬坡探測單元探測出所述長距離爬坡的情況下，提高所述剩余容量的上限值。由此，在長距離爬坡中即使蓄電池的SOC高，也能使燃料電池發(fā)電?！ひ虼?，即使長距離爬坡所要求的負載高的狀態(tài)持續(xù)，燃料電池的輸出也能良好地跟隨負載而變化，故而能防止因SOC提早下降從而基于蓄電池的輔助提早變得不能進行。也可以對應(yīng)于所述剩余容量來設(shè)定所述燃料電池的輸出上限值，在由所述長距離爬坡探測單元探測出所述長距離爬坡的情況下，在所述剩余容量低的區(qū)域，較之于未探測出所述長距離爬坡的情況，在探測出所述長距離爬坡的情況下，降低所述燃料電池的輸出上限值。由此，能抑制燃料電池的過熱，從而維持駕駛性能。S卩，根據(jù)本發(fā)明，除了緊挨長距離爬坡開始后不久蓄電池的SOC低的情況以外，在長距離爬坡時(特別在高速爬坡時)存在SOC逐漸下降的可能性。在增大(開放)長距離爬坡中的燃料電池的輸出限制值的情況下，認為到SOC變低之前燃料電池都因發(fā)電而處于過熱狀態(tài)(由于燃料電池的發(fā)熱與發(fā)電電流的平方成正比，因此電流值越高，燃料電池的發(fā)熱量就越增加。)。而且，在燃料電池成為了過熱狀態(tài)的情況下，存在需要采取極大地限制燃料電池的發(fā)電、或停止燃料電池的發(fā)電的舉措的可能性。在需要這樣的舉措的情況下，會產(chǎn)生在爬坡的中途駕駛性能會惡化的風險。為此，在SOC低的區(qū)域中，在探測出長距離爬坡的情況下，降低燃料電池的輸出限制值。由此，即使在長距離爬坡持續(xù)時，也能抑制燃料電池的過熱，從而能維持駕駛性能。此外，若在發(fā)電效率低的狀態(tài)下增大燃料電池的輸出，則燃料氣體的消耗也會變快。因此，根據(jù)上述構(gòu)成，能抑制在長距離爬坡時的燃料氣體的消耗量，從而防止燃料氣體的過度使用。通過與附圖配套的下面的優(yōu)選實施例的說明，上述目的以及其他目的、特征以及優(yōu)點將更加明確。


圖I是本發(fā)明的一實施方式所涉及的燃料電池車輛的概略構(gòu)成圖。圖2是表示所述實施方式中的DC/DC轉(zhuǎn)換器的細節(jié)的圖。圖3是電子控制裝置(ECU)中的基本的控制的流程圖。
圖4是計算系統(tǒng)負載的流程圖(圖3的S2的細節(jié))。圖5是表示當前的電動機轉(zhuǎn)速和電動機預(yù)計消耗電力的關(guān)系的圖。圖6是設(shè)定空調(diào)電力限制值和FC輸出上限值的流程圖。圖7是表示對蓄電池的SOC和所述FC輸出上限值的關(guān)系進行制約的FC輸出上限值表的圖。圖8是表示對燃料電池用冷卻水的溫度和空調(diào)限制校正值的關(guān)系進行規(guī)定的空調(diào)限制校正值表的圖。圖9是表示所述實施方式所涉及的電力系統(tǒng)的第I變形例的概略構(gòu)成的框圖。圖10是表示所述實施方式所涉及的電力系統(tǒng)的第2變形例的概略構(gòu)成的框圖。
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圖11是表示所述實施方式所涉及的電力系統(tǒng)的第3變形例的概略構(gòu)成的框圖。圖12是表示圖7的FC輸出上限值表的變形例的圖。
具體實施例方式I.整體的構(gòu)成的說明[1-1.整體構(gòu)成]圖I是本發(fā)明的一實施方式所涉及的燃料電池車輛10(以下稱為“FC車輛10”或“車輛10”。)的概略構(gòu)成圖。FC車輛10具有車輛電源系統(tǒng)12(以下也稱為“電源系統(tǒng)12”。)、行駛用的電動機14、以及逆變器16。電源系統(tǒng)12具有燃料電池組件18 (以下稱為“FC組件18”。)、蓄電池20、電力分配裝置22、以及電子控制裝置24 (以下稱為“E⑶24”)。[1-2.驅(qū)動系統(tǒng)]電動機14基于從FC組件18以及蓄電池20供應(yīng)的電力來生成驅(qū)動力，并由該驅(qū)動力通過變速器26來使車輪28旋轉(zhuǎn)。另外，電動機14將通過進行再生而生成的電力(再生電力Preg)[W]向蓄電池20輸出。再生電力Preg可以對輔助設(shè)備群(包含后述的空氣泵36、水泵68、空氣調(diào)節(jié)器130以及低電壓輔助設(shè)備群134。)進行輸出。將逆變器16設(shè)為3相橋型的構(gòu)成，進行直流/交流變換，并將直流變換成3相的交流來供應(yīng)給電動機14，另一方面，將伴隨再生動作的交流/直流變換后的直流通過電力分配裝置22供應(yīng)到蓄電池20等。此外，將電動機14和逆變器16合起來稱為負載30。在此，在負載30中還能包含后述的空氣泵36、水泵68、空氣調(diào)節(jié)器130以及低電壓輔助設(shè)備群134等構(gòu)成要素。[1-3. FC 組件 18]FC組件18的燃料電池堆32 (以下稱為“FC堆32”或“FC32”。)例如具有將由陽極電極和陰極電極從兩側(cè)包夾固體高分子電解質(zhì)膜而形成的燃料電池單位電池(以下，稱為“FC單位電池”或“單個單位電池”)進行層疊的構(gòu)造。將氫罐34和空氣泵36通過路徑38、40與FC堆32連接，從氫罐34供應(yīng)一種反應(yīng)氣體即氫(燃料氣體)，并從空氣泵36供應(yīng)另一種反應(yīng)氣體即壓縮空氣(氧化劑氣體)。通過使從氫罐34以及空氣泵36向FC堆32供應(yīng)的氫和空氣在FC堆32內(nèi)引起電化學反應(yīng)，來進行發(fā)電，并將發(fā)電電力(FC電力Pfc)[W]供應(yīng)到電動機14和蓄電池20。FC堆32的發(fā)電電壓(以下稱為“FC電壓Vfc”。) [V]由電壓傳感器42檢測，F(xiàn)C堆32的發(fā)電電流(以下稱為“FC電流Ifc”。) [A]由電流傳感器44檢測，且分別輸出到ECU24。另外，構(gòu)成FC堆32的各FC單位電池的發(fā)電電壓(以下稱為“單位電池電壓Vcell”。)[V]由電壓傳感器46檢測，并輸出到E⑶24。在連接氫罐34和FC堆32的路徑38上設(shè)置有調(diào)節(jié)器50。在該調(diào)節(jié)器50上連結(jié)有從連結(jié)空氣泵36和FC堆32的路徑40中分出的路徑52，并供應(yīng)來自空氣泵36的壓縮空氣。調(diào)節(jié)器50對應(yīng)于所供應(yīng)的壓縮空氣的壓力而使閥的開度發(fā)生變化，并調(diào)整供應(yīng)到FC堆32的氫的流量。在設(shè)于FC堆32的出口側(cè)的氫用的路徑54以及空氣用的路徑56上設(shè)置有將出口側(cè)的氫排出到外部的凈化閥58和對空氣的壓力進行調(diào)整的背壓閥60。另外，設(shè)置有對氫用的入口側(cè)的路徑38和出口側(cè)的路徑54進行連結(jié)的路徑62。從FC堆32排出的氫經(jīng)由該路徑62而回到FC堆32的入口側(cè)。在出口側(cè)的路徑54、56上設(shè)置壓力傳感器64、66，并將其檢測值(壓力值)分別輸出到ECU24。進而，與FC堆32相鄰地設(shè)置有用于冷卻FC堆32的水泵68。在水泵68中循環(huán)的·冷卻水(冷媒)的溫度Tw[°C ]由溫度傳感器70檢測，并輸出到E⑶24。[1-4.蓄電池 20]蓄電池20是包含多個蓄電池電位電池的蓄電裝置(儲能裝置)，例如能利用鋰離子二次電池、鎳氫電池或蓄電器等。在本實施方式中，利用鋰離子二次電池。蓄電池20的輸出電壓(以下稱為“蓄電池電壓Vbat”。) [V]由電壓傳感器72檢測，蓄電池20的輸出電流(以下稱為“蓄電池電流Ibat”。) [A]由電流傳感器74檢測，且分別被輸出到ECU24。此外，E⑶24基于來自電壓傳感器72的蓄電池電壓Vbat、以及來自電流傳感器74的蓄電池電流Ibat，來算出蓄電池20的剩余容量(以下稱為“S0C”。) [% ] [1-5.電力分配裝置22]電力分配裝置22對來自FC組件18的FC電力Pfc、從蓄電池20供應(yīng)的電力(以下稱為“蓄電池電力Pbat ”。)[W]、來自電動機14的再生電力Preg的供應(yīng)目的地進行控制。圖2示出了本實施方式中的電力分配裝置22的細節(jié)。如圖2所示，電力分配裝置22具有DC/DC轉(zhuǎn)換器78，該DC/DC轉(zhuǎn)換器78的一端與蓄電池20的某一次側(cè)IS連接，另一端與作為負載30和FC32之間的連接點的二次側(cè)2S連接。DC/DC轉(zhuǎn)換器78是將一次側(cè)IS的電壓(一次電壓VI) [V]升壓到二次側(cè)2S的電壓(二次電壓V2) [V] (VI ( V2)、且將二次電壓V2降壓到一次電壓Vl的升降壓型加斬波型的電壓變換裝置。如圖2所示，DC/DC轉(zhuǎn)換器78由在一次側(cè)IS和二次側(cè)2S之間所配置的相臂UA、電抗器(reactor) 80構(gòu)成。相臂UA由上臂元件(上臂開關(guān)元件82和二極管84)和下臂元件(下臂開關(guān)元件86和二極管88)構(gòu)成。上臂開關(guān)元件82和下臂開關(guān)元件86例如采用MOSFET或IGBT。電抗器80被插入到相臂UA的中點(公共連接點)和蓄電池20的正極之間，具有在由DC/DC轉(zhuǎn)換器78在一次電壓Vl和二次電壓V2之間變換電壓之際放出以及蓄積能量的作用。上臂開關(guān)元件82通過從E⑶24輸出的柵極驅(qū)動信號(驅(qū)動電壓)UH的高電平而接通，下臂開關(guān)元件86通過柵極驅(qū)動信號(驅(qū)動電壓)UL的高電平而接通。
此外，E⑶24使用與一次側(cè)的平滑電容器92并聯(lián)設(shè)置的電壓傳感器90來檢測一次電壓VI，并使用電流傳感器94來檢測一次側(cè)的電流(一次電流II) [A]。另外，ECU24使用與二次側(cè)的平滑電容器98并聯(lián)設(shè)置的電壓傳感器96來檢測二次電壓V2，并使用電流傳感器100來檢測二次側(cè)的電流(二次電流12) [A]。[1-6.ECU24]E⑶24經(jīng)由通信線102 (圖I)來對電動機14、逆變器16、FC組件18、蓄電池20以及電力分配裝置22(DC/DC轉(zhuǎn)換器78)進行控制。在該控制時，執(zhí)行存儲器(ROM)中所容納的程序，另外，使用電壓傳感器42、46、72、90、96、電流傳感器44、74、94、100、壓力傳感器64、66、溫度傳感器70等各種傳感器的檢測值。在此處的各種傳感器中，包括開度傳感器110、轉(zhuǎn)速傳感器112以及斜率傳感器116 (圖I)。開度傳感器110檢測加速器踏板118的開度(以下稱為“加速器開度Θ”或“開度Θ”)[度]。轉(zhuǎn)速傳感器112檢測電動機14的轉(zhuǎn)速(以下稱為“電動機轉(zhuǎn)速Nm”或“轉(zhuǎn)速Nm”)[rpm]。斜率傳感器116檢測路面的斜率A (車輛10的前后方向的斜度)[° ]?！みM而，在E⑶24連接有主開關(guān)120 (以下稱為“主SW120”。)。主SW120用于切換從FC組件18以及蓄電池20向電動機14的電力供應(yīng)的可否，能由用戶操作。E⑶24包含微型計算機，根據(jù)需要，具有定時器、A/D變換器、D/A變換器等輸入輸出接口。此外，E⑶24不僅能由I個E⑶構(gòu)成，還能由針對電動機14、FC組件18、蓄電池20以及電力分配裝置22 (DC/DC轉(zhuǎn)換器78)的每一個的多個ECU構(gòu)成。本實施方式的E⑶24具備發(fā)電控制功能122以及長距離爬坡探測功能124。發(fā)電控制功能122是對FC32的發(fā)電進行控制的功能。長距離爬坡探測功能124是對由車輛10進行的長距離爬坡進行探測的功能。這些功能122、124的細節(jié)將后述。[1-7.空氣調(diào)節(jié)器130]如圖I所示，車輛10還具有空氣調(diào)節(jié)器130。另外，空氣調(diào)節(jié)器130的電容器(未圖示)配置于FC32的散熱器(未圖示)的前方。關(guān)于所述電容器以及所述散熱器的細節(jié)(包含配置。)，例如能使用在JP 2009-046020A中所記載的內(nèi)容。空氣調(diào)節(jié)器130基于來自E⑶24的指令而工作，此時的電力從FC32、蓄電池20以及電動機14中的至少一個中獲得。[1-8.降壓轉(zhuǎn)換器132以及低電壓輔助設(shè)備群134]如圖I所示，車輛10還具有降壓轉(zhuǎn)換器132(以下還稱為“DV132”。)、以及低電壓輔助設(shè)備群134。來自DV132的輸出可以輸出到未圖示的低電壓蓄電池。DV132對DC/DC轉(zhuǎn)換器78的一次電壓Vl進行降壓，并輸出到低電壓輔助設(shè)備群134。低電壓輔助設(shè)備群134例如包含燈類、各種傳感器、E⑶24。2.本實施方式的控制接下來，說明E⑶24中的控制。[2-1.基本控制]圖3示出了 E⑶24中的基本的控制的流程圖。在步驟SI中，E⑶24判定主SWl20是否接通。在主SW120未接通的情況下(SI :否)，重復步驟SI。在主SW120接通的情況下(SI :是)，前進到步驟S2。在步驟S2中，ECU24計算FC系統(tǒng)12所要求的負載(系統(tǒng)負載Ls) [W]。
在步驟S3中，E⑶24進行電源系統(tǒng)12的能量管理。此處的能量管理主要是算出FC32的發(fā)電量(FC電力Pfc)以及蓄電池20的輸出(蓄電池輸出Pbat)的處理，目的在于既抑制FC堆32的劣化，又使電源系統(tǒng)12整體的輸出效率化。具體而言，E⑶24從在步驟S2中算出的系統(tǒng)負載Ls中，調(diào)配應(yīng)該由FC32負擔的燃料電池分擔負載(要求輸出)Lfc、應(yīng)該由蓄電池20負擔的蓄電池分擔負載(要求輸出)Lbat、應(yīng)該由再生電源(電動機14)負擔的再生電源分擔負載Lreg的配給(分擔)，與此同時來進行決定。在步驟S4中，E⑶24基于在步驟S3中所求出的燃料電池分擔負載Lfc等，來進行FC堆32的周邊設(shè)備，即空氣泵36、凈化閥58、背壓閥60以及水泵68的控制(FC發(fā)電控制)。在步驟S5中，ECU24基于來自轉(zhuǎn)速傳感器112的電動機轉(zhuǎn)速Nm和基于來自開度傳感器110的加速器踏板118的開度Θ等，來進行電動機14的轉(zhuǎn)矩控制。在步驟S6中，E⑶24判定主SW120是否斷開。在主SW120未斷開的情況下(S6 ·否)，返回到步驟S2。在主SW120斷開的情況下(S6:是)，結(jié)束本次的處理。[2-2.系統(tǒng)負載Ls的計算]圖4示出了計算系統(tǒng)負載Ls的流程圖。在步驟Sll中，E⑶24從開度傳感器110讀取加速器踏板118的開度Θ。在步驟S12中，E⑶24從轉(zhuǎn)速傳感器112讀取電動機14的轉(zhuǎn)速 Nm [rpm]。在步驟S13中，E⑶24基于開度Θ和轉(zhuǎn)速Nm來算出電動機14的預(yù)計消耗電力Pm[ff] ο具體而言,在圖5所示的圖中，按每個開度Θ來預(yù)先存儲轉(zhuǎn)速Nm和預(yù)計消耗電力Pm的關(guān)系。例如，在開度Θ是Θ I時，利用特性140。同樣，在開度Θ是Θ2、Θ3、Θ4、Θ 5、Θ 6時，分別利用特性142、144、146、148、150。然后，在基于開度Θ而確定了表示轉(zhuǎn)速Nm和預(yù)計消耗電力Pm的關(guān)系的特性之后,確定與轉(zhuǎn)速Nm相應(yīng)的預(yù)計消耗電力Pm。在步驟S14中，E⑶24從各輔助設(shè)備讀取當前的動作狀況。此處的輔助設(shè)備例如包括包含空氣泵36、水泵68以及未圖示的空氣調(diào)節(jié)器的高電壓系的輔助設(shè)備；或包含未圖示的低電壓蓄電池、附屬部件以及ECU24的低電壓系的輔助設(shè)備。例如，若是空氣泵36以及水泵68，則讀取轉(zhuǎn)速Nap、Nwp [rpm]。若是空氣調(diào)節(jié)器，則讀取其輸出設(shè)定。在步驟S15中，ECU24對應(yīng)于各輔助設(shè)備的當前的動作狀況來算出輔助設(shè)備的消耗電力PA[W]。在步驟S16中，ECU24將電動機14的預(yù)計消耗電力Pm和輔助設(shè)備的消耗電力PA進行相加來算出FC車輛10整體的預(yù)計消耗電力(即，系統(tǒng)負載Ls)。[2-3.空氣調(diào)節(jié)器130以及FC32的輸出限制]在本實施方式中，對應(yīng)于車輛10是否處于長距離爬坡中(特別是在高速爬坡中)，來對空氣調(diào)節(jié)器130的消耗電力以及FC32的發(fā)電電力設(shè)置限制值(上限值)。即，空氣調(diào)節(jié)器130的消耗電力的限制值(以下稱為“空調(diào)電力限制值Palim”。)在圖3的步驟S2(更具體地說，圖4的步驟S15)中算出輔助設(shè)備的消耗電力PA之時使用。另外，F(xiàn)C電力Pfc的上限值(以下，稱為“FC輸出上限值Pfclim”。)在圖3的步驟S3中算出燃料電池分擔負載量Lfc之時使用。圖6是設(shè)定空調(diào)電力限制值Palim和FC輸出上限值Pfclim的流程圖。在步驟S21中，E⑶24 (發(fā)電控制功能122)對FC —次側(cè)供應(yīng)電力Psup進行運算。FC —次側(cè)供應(yīng)電力Psup是從FC32的發(fā)電量(即，F(xiàn)C輸出Pfc)中減去電動機14的輸出以及空氣泵36的消耗電力而得到的電力，表示能對電動機14以及空氣泵36以外的負載供應(yīng)的電力。在步驟S22中，作為用于判定車輛10處于高速爬坡中的第I條件(以下稱為“高速爬坡條件I”。)，ECU24判定車速V [km/h]是否為用于判定車輛10是否處于高速爬坡中的車速閾值THVl (以下也稱為“閾值THV1”。)以上。車速V基于電動機轉(zhuǎn)速Nm而由ECU24算出。在車速V并非閾值THVl以上的情況下(S22 :否)，車輛10判定為并非處于高速爬坡中。為此，在步驟S23中，E⑶24對用于確定處于高速爬坡中的判定的計數(shù)器C輸入零，來使計數(shù)器C復位。在接下來的步驟S24中，ECU24基于以下的式(I)來算出空調(diào)電力限制值Palim。Palim = FC —次側(cè)供應(yīng)電力Psup+蓄電池輸出限制值Pblim-DV消耗電力Pdv…(I)在上述式(I)中，蓄電池輸出限制值Pblim表示蓄電池20的輸出限制值(上限·值)，“DV消耗電力Pdv”表示降壓轉(zhuǎn)換器132的消耗電力。在接下來的步驟S25中，E⑶24基于蓄電池20的SOC來設(shè)定FC輸出上限值Pfclim0更具體地說，使用圖7所示的FC輸出上限值表中的通常時的FC輸出上限值特性160，來設(shè)定與SOC相應(yīng)的FC輸出上限值Pfclim。從圖7可知，F(xiàn)C輸出上限值表中的通常的FC輸出上限值特性160中，在SOC為SOCl以上時，F(xiàn)C輸出上限值Pfclim成為零。這是由于，在SOC過大的情況下，較之于由FC32進行的發(fā)電，使用來自蓄電池20的電力能使電源系統(tǒng)12整體的發(fā)電效率更高。另外，通常的FC輸出上限值特性160中，在SOC小于SOCl時，F(xiàn)C輸出上限值Pfclim隨著SOC降低而變大。這是由于，SOC越低，越以FC32的輸出來補充蓄電池20的輸出不足，且將剩余電力對蓄電池20充電。回到步驟S22，在車速V為閾值THVl以上、且不滿足高速爬坡條件I的情況下(S22 :是)，在步驟S26中，作為用于判定為車輛10處于高速爬坡中的第2條件(以下稱為“高速爬坡條件2”。)，ECU24判定由斜率傳感器116檢測出的斜率A是否為用于判定車輛10是否處于高速爬坡中的斜率閾值THAI (以下也稱為“閾值THAI”。)以上。在斜率A并非閾值THAI以上的情況下(S26 :否)，車輛10判定為并非處于高速爬坡中，并前進到步驟S23，進行與上述同樣的處理。在斜率A為閾值THAI以上的情況下(S26 :是)，在步驟S27中，E⑶24判定是否應(yīng)該確定處于高速爬坡中的判定。具體而言，所述計數(shù)器C判定是否為用于確定該判定的計數(shù)器閾值THCl以上。在計數(shù)器C并非閾值THCl以上的情況下(S27 :否)，在步驟S28中，E⑶24對計數(shù)器C加1，并前進到步驟S24。在計數(shù)器C為閾值THCl以上的情況下(S27 是)，確定車輛10處于高速爬坡中的判定，并前進到步驟S29。在步驟S29中，E⑶24設(shè)定空調(diào)限制校正值α (以下還稱為“校正值α ”。)。校正值α是用于限制高速爬坡中的空氣調(diào)節(jié)器130的輸出的值，并基于由溫度傳感器70檢測出的冷卻水的水溫Tw而設(shè)定。更具體地說，在圖8所示的空調(diào)限制校正值表中，使用與冷卻水的水溫Tw對應(yīng)的空調(diào)限制校正值α。從圖8可知，在空調(diào)限制校正值表中，當水溫Tw為閾值Twl以下時，校正值α恒定。另外，當水溫Tw超過閾值Twl時，校正值α逐漸增加。由此，當水溫Tw超過閾值Twl時，隨著水溫Tw變大來增大空氣調(diào)節(jié)器130的輸出限制。因此，能隨水溫Tw的變高來抑制FC32的溫度上升。在圖6的步驟S30中，E⑶24基于以下的式⑵來算出高速爬坡時的空調(diào)電力限制值Palim。Palim = FC 一次側(cè)供應(yīng)電力Psup-空調(diào)限制校正值a -DV消耗電力Pdv…(2)若與在并非高速爬坡中的情況下(通常時)的空調(diào)電力限制值Palim{上述式
(I)}比較，則對于在處于高速爬坡中的情況下的空調(diào)電力限制值Palim{上述式(2)}，不僅追加空調(diào)限制校正值α的減法運算(S30)，而且還消除蓄電池輸出限制值Pblim的加法運算。由此，通過抑制空氣調(diào)節(jié)器130的電力消耗且使電力利用于電動機14的輸出，能提高駕駛性能。另外，通過抑制來自蓄電池20的輸出，能防止在高速爬坡中蓄電池20過度放電。
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在步驟S31中，ECU24基于蓄電池20的SOC來設(shè)定FC輸出上限值Pfclim。更具體地說，利用與圖7所示的FC輸出上限值表中的高速爬坡時的FC輸出上限值特性162，來設(shè)定與SOC相應(yīng)的FC輸出上限值Pfclim。從圖7可知，高速爬坡時的FC輸出上限值特性162中，在SOC為S0C2以上時，F(xiàn)C輸出上限值Pfclim成為零。與通常時的FC輸出上限值特性160比較，F(xiàn)C輸出上限值Pfclim成為零的SOC變高的目的在于，即使長距離爬坡所需的系統(tǒng)負載Ls高的狀態(tài)持續(xù)，也能防止蓄電池20的SOC成為最低值(例如，零)。另外，在SOC小于S0C3時，高速爬坡時的FC輸出上限值特性162較之于通常時的FC輸出上限值特性160，其FC輸出上限值Pfclim變低。這是為了抑制FC32的過熱，從而維持駕駛性能。S卩，根據(jù)本發(fā)明，除了緊挨長距離爬坡開始后不久SOC低的情況以外，在長距離爬坡時(特別在高速爬坡時)存在SOC逐漸下降的可能性。在本實施方式中，由于增大(開放)長距離爬坡中(S0C為S0C3以上S0C2以下的區(qū)域)中的FC輸出上限值Pfclim，因此認為到SOC變低之前FC32都因發(fā)電而處于過熱狀態(tài)(由于FC32的發(fā)熱與FC電流Ifc的平方成正比，因此電流值越高，F(xiàn)C32的發(fā)熱量就越增加。)。而且，在FC32成為了過熱狀態(tài)的情況下，存在需要采取極大地限制FC32的發(fā)電、或停止FC32的發(fā)電的舉措的可能性。在需要這樣的舉措的情況下，會產(chǎn)生在爬坡的中途駕駛性能惡化的風險。根據(jù)本實施方式，設(shè)為在低SOC側(cè)(小于S0C3)不增大(開放)在通常時進行的用于SOC恢復的FC輸出上限值Pfclim。由此，即使在長距離爬坡持續(xù)時，也能抑制FC32的過熱，從而能維持駕駛性能。此外，若在發(fā)電效率低的狀態(tài)下增大FC輸出Pfc，則燃料氣體的消耗也會變快。因此，需要抑制在長距離爬坡時的燃料氣體的消耗量，從而防止燃料氣體的過度使用。3.本實施方式的效果如以上說明所述，根據(jù)本實施方式，進行控制使得在探測出長距離爬坡(特別是長距離高速爬坡)的情況下，較之于探測到該長距離爬坡前，使燃料電池分擔負載Lfc (輸出配給量)變大(在圖7中，在SOC超過S0C3的情況下，增大FC輸出上限值Pfclim。)。因此，由于蓄電池分擔負載Lbat相對減少，因此能防止在由FC車輛10進行的長距離爬坡中蓄電池20的SOC因大輸出放電而提早下降從而基于蓄電池20的輔助變得不能進行(所謂的蓄電池耗盡)。在本實施方式中，在由E⑶24(長距離爬坡探測功能124)探測出長距離爬坡的情況下，對應(yīng)于冷卻水的溫度Tw的上升來限制空氣調(diào)節(jié)器130的輸出。由此，當FC車輛10處于長距離爬坡中時，能通過限制空氣調(diào)節(jié)器130的輸出，來將剩余電力利用于電動機14的輸出。在此基礎(chǔ)上，例如，在來自空氣調(diào)節(jié)器130的熱量使FC32或冷媒的溫度上升的情況下，或還將FC32的冷媒用于空氣調(diào)節(jié)器130的冷卻的情況下，通過空氣調(diào)節(jié)器130的輸出限制來抑制空氣調(diào)節(jié)器130的發(fā)熱，從而即使在FC輸出Pfc上升的情況下，也能良好地保護FC32不受熱量侵害，進而能防止因FC32的過熱而導致的FC32的輸出以及效率的下降。在本實施方式中，可以設(shè)定進行FC32的發(fā)電的SOC的上限值S0C1、S0C2，當SOC超過上限值S0C1、S0C2時，不進行FC32的發(fā)電，在由E⑶24 (長距離爬坡探測功能124)探測出長距離爬坡的情況下，提高SOC的上限值。由此，在長距離爬坡中即使SOC高，也能使FC32發(fā)電。因此，即使長距離爬坡所要求的系統(tǒng)負載Ls高的狀態(tài)持續(xù)，也能良好地跟隨FC32的輸出而變化，故而能防止因SOC提早下降從而基于蓄電池的輔助提早變得不能進行。在本實施方式中，對應(yīng)于SOC來設(shè)定FC輸出上限值Pfclim，在由E⑶24 (長距離爬坡探測功能124)探測出長距離爬坡的情況下，在SOC低的區(qū)域中，較之于未探測出長距離爬坡的情況，在探測出長距離爬坡的情況下，降低所述燃料電池的輸出上限值Pfclim(圖·7)。由此，能抑制FC32的過熱，從而維持駕駛性能。S卩，根據(jù)本發(fā)明，除了緊挨長距離爬坡開始后不久SOC低的情況以外，在長距離爬坡時(特別在高速爬坡時)存在SOC逐漸下降的可能性。在本實施方式中，由于增大(開放)長距離爬坡中的FC輸出上限值Pfclim，因此認為到SOC變低之前FC32因發(fā)電而處于過熱狀態(tài)(由于FC32的發(fā)熱與FC電流Ifc的平方成正比，因此電流值越高，F(xiàn)C32的發(fā)熱量就越增加。)。而且，在FC32成為了過熱狀態(tài)的情況下，存在需要采取極大地限制FC32的發(fā)電、或停止FC32的發(fā)電的舉措的可能性。在需要這樣的舉措的情況下，會產(chǎn)生在爬坡的中途駕駛性能惡化的風險。但根據(jù)本實施方式，設(shè)為在SOC低側(cè)(小于S0C3)不增大(開放)在通常時進行的用于SOC恢復的FC輸出上限值Pfclim。由此，即使在長距離爬坡持續(xù)時，也能抑制FC32的過熱，從而能維持駕駛性能。此外，若在發(fā)電效率低的狀態(tài)下增大FC輸出Pfc，則燃料氣體的消耗也會變快。因此，根據(jù)本實施方式，能抑制在長距離爬坡時的燃料氣體的消耗量，從而防止燃料氣體的過
度使用。4.變形例此外，不言自明地，本發(fā)明不限于上述實施方式，能基于該說明書的記載內(nèi)容而采用各種構(gòu)成。例如，能采用以下的構(gòu)成。[4-1.應(yīng)用對象]盡管在上述實施方式中，示出了將電源系統(tǒng)12搭載于FC車輛10的例子，但不限于此，也可以將電源系統(tǒng)12應(yīng)用于其他對象。例如，還能應(yīng)用于電動輔助自行車、船舶或飛機等移動體。[4-2.電源系統(tǒng)12的構(gòu)成]盡管在上述實施方式中，設(shè)定為將FC32和蓄電池20并聯(lián)配置、且在蓄電池20的近前配置DC/DC轉(zhuǎn)換器78的構(gòu)成，但不限于此。例如，如圖9所示，還可以是將FC32和蓄電池20并聯(lián)配置、且在FC32的近前配置升壓式、降壓式或升降壓式的DC/DC轉(zhuǎn)換器170的構(gòu)成?；蛘撸鐖D10所示，可以是將FC32和蓄電池20并聯(lián)配置、且在FC32的近前配置DC/DC轉(zhuǎn)換器170、在蓄電池20的近前配置DC/DC轉(zhuǎn)換器78的構(gòu)成?；蛘?，如圖11所示，可以是將FC32和蓄電池20并聯(lián)配置、且在蓄電池20和電動機14之間配置DC/DC轉(zhuǎn)換器78的構(gòu)成。[4-3.長距離爬坡(高速爬坡)的判定]盡管在上述實施方式中，基于根據(jù)電動機轉(zhuǎn)速Nm而算出的車速V和來自斜率傳感器116的斜率A來進行了是否處于長距離爬坡中(特別是在高速爬坡中)的判定(圖6的S22、S26)，但并不限于此。例如，可以使用基于來自未圖示的導航裝置的位置信息而判定的車速。另外，可以在所述導航裝置中預(yù)先存儲道路的斜率信息，或者使用未圖示的無線通信裝置來從外部設(shè)備(服務(wù)器等)取得該斜率信息，并使用該斜率信息?；蛘?，若從與車速V無關(guān)地來判定是否處于長距離爬坡中的觀點出發(fā)，例如，能省略圖6的步驟S22而通過步驟S26、S27來進行該判定?；蛘?，還能基于所述導航裝置的地圖信息來判定長距離爬坡。換言之，在使用步驟S27的計數(shù)器C的情況下，伴隨爬坡的持續(xù)來判定長距離爬坡，而在基于地圖信息的情況下，能判定此后的行駛成為長距離爬坡?！4-4. FC32 的輸出限制]在上述實施方式中，較之于除高速爬坡中以外的情況，在SOC大于S0C3范圍內(nèi)，增大了(開放)高速爬坡中的FC輸出上限值Pfclim。然而，增大FC輸出上限值Pfclim的范圍不限于此。例如，如圖12所示，即使在SOC低的區(qū)域中，也可以使高速爬坡時的FC輸出上限值特性182超過通常時的FC輸出上限值特性180。另外，可以取代增大FC輸出上限值Pfclim而在高速爬坡中對通常時的FC輸出Pfc乘上規(guī)定的系數(shù)，或者加上規(guī)定的值。盡管在上述實施方式中，較之于除高速爬坡中以外的情況，在高速爬坡中的情況下，將進行FC32的發(fā)電的SOC的上限值設(shè)定得更高(通常時S0C1 —高速爬坡時S0C2)，但進行FC32的發(fā)電的SOC的上限值的設(shè)定不限于此。例如，在高速爬坡中的情況下，還能設(shè)為不設(shè)置該上限值的構(gòu)成。或者，還能在高速爬坡時和除此以外的情況下，將該上限值設(shè)為相同的構(gòu)成。[4-5.空氣調(diào)節(jié)器(空調(diào))130的輸出限制]盡管在上述實施方式中，在高速爬坡中的情況下，對應(yīng)于FC32用的冷卻水的溫度Tw來設(shè)定了空調(diào)電力限制值Palim(圖8)，但高速爬坡中的空氣調(diào)節(jié)器130的輸出限制并不限于此。例如，可以在高速爬坡中的情況下，在系統(tǒng)負載Ls或燃料電池分擔負載Lfc越大時，將空調(diào)電力限制值Palim設(shè)定為越大?；蛘?，可以在高速爬坡中的情況下，在斜率A越大或車速V越高時，將空調(diào)電力限制值Palim設(shè)定得越大?；蛘?，可以在高速爬坡中的情況下，將空氣調(diào)節(jié)器130的輸出設(shè)定為規(guī)定的最低值(包含零。)。盡管在上述實施方式中，在高速爬坡中設(shè)置了空調(diào)電力限制值Pal im,但也能是不設(shè)置空調(diào)電力限制值Palim的構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池車輛(10),具備 行駛電動機(14)； 燃料電池(32)，其對所述行駛電動機(14)供應(yīng)電力； 蓄電裝置(20)，其既能對所述行駛電動機(14)供應(yīng)電力，又能以所述行駛電動機(14)的再生電力或所述燃料電池(32)的發(fā)電電力進行充電；和 電力分配裝置(22)，其對所述燃料電池(32)的發(fā)電電力、所述蓄電裝置(20)的輸出電力、所述行駛電動機(14)的再生電力的供應(yīng)目的地進行控制； 所述燃料電池車輛(10)的特征在于，還具備長距離爬坡探測單元(124)，其探測由所述燃料電池車輛(10)進行的長距離爬坡；和控制單元(122)，其進行控制，使得在由所述長距離爬坡探測單元(124)探測出所述長距離爬坡的情況下，與探測到該長距離爬坡前相比較，使所述燃料電池(32)的輸出配給量變大。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池車輛(10)，其特征在于， 具備冷卻裝置(68)，其通過冷媒來冷卻所述燃料電池(32)， 在由所述長距離爬坡探測單元(124)探測出所述長距離爬坡的情況下，對應(yīng)于所述燃料電池(32)的溫度的上升，來限制空氣調(diào)節(jié)器(130)的輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的燃料電池車輛(10)，其特征在于， 所述蓄電裝置(20)是蓄電池(20)， 設(shè)定進行所述燃料電池(32)的發(fā)電的所述蓄電池(20)的剩余容量的上限值，當所述剩余容量超過所述上限值時，不進行所述燃料電池(32)的發(fā)電， 在由所述長距離爬坡探測單元(124)探測出所述長距離爬坡的情況下，提高所述剩余容量的上限值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池車輛(10)，其特征在于， 對應(yīng)于所述剩余容量來設(shè)定所述燃料電池(32)的輸出上限值， 在由所述長距離爬坡探測單元(124)探測出所述長距離爬坡的情況下，在所述剩余容量低的區(qū)域，與未探測到所述長距離爬坡的情況相比較，在探測出所述長距離爬坡的情況下，降低所述燃料電池(32)的輸出上限值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種燃料電池車輛。FC車輛(10)具備長距離爬坡探測單元(124)，其探測長距離爬坡；以及控制單元(122)，其進行控制，使得在由所述長距離爬坡探測單元(124)探測出長距離爬坡的情況下，與探測到該長距離爬坡前相比較，使FC(32)的輸出配給量變大。
文檔編號B60L11/18GK102785583SQ20121013896
公開日2012年11月21日 申請日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者五十嵐大士, 林勝美, 渡邊和典, 白坂卓也 申請人:本田技研工業(yè)株式會社