CN105633436A - 燃料电池***、燃料电池车辆以及燃料电池***的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料电池***、燃料电池车辆以及燃料电池***的控制方法。所述安装在车辆中的燃料电池***包括:燃料电池,将电力供应到驱动所述车辆的电动机;泵,将氧供应到所述燃料电池;加速器位置检测单元,检测所述车辆的加速器下压量;以及控制单元,基于所述加速器下压量来计算需要由燃料电池产生的电力以及所述泵的驱动所需的电力,且基于所述驱动所需的电力来控制所述泵,其中所述控制单元计算所述驱动所需的电力,以使得当所计算的需要产生的电力增加时,所述驱动所需的电力的增加速率超过需要产生的电力的增加速率。
Description
技术领域
本发明涉及安装在车辆中的燃料电池***、燃料电池车辆以及燃料电池***的控制方法。
背景技术
安装在车辆中,根据加速器下压量来计算需要由燃料电池产生的电力,且控制供应到燃料电池的氧的量和氢的量,以使得由燃料电池产生的电力对应于需要产生的电力的燃料电池***是已知的(日本专利申请公开第2006-312907号)。当需要由燃料电池产生的电力在车辆的加速期间增加时,此燃料电池***增加将氧供应到燃料电池的空气压缩机的旋转速度。
发明内容
然而,作为响应,空气压缩机由于惯性而延迟,且发生延迟直到压缩机的旋转速度达到所需的旋转速度为止,即使需要产生的电力由于加速器下压量等的迅速增大而迅速增加时也是如此。这阻碍将加速所需的充足电力供应到车辆的驱动电动机,且接着相对于加速器下压量的加速感可能降低。当车辆的突然加速重复时,电力从二次电池到驱动电动机的供应重复,且二次电池的蓄电量(SOC)减少。接着,加速感的降低可能继续。
当由燃料电池产生的电力如上所述在车辆的加速等期间由于空气压缩机的延迟的响应而迟滞于需要产生的电力时,供应到驱动电动机的电力在此后在所产生的电力急剧增加时迅速增加。这可导致暂时突然加速(转矩冲击)的发生。
根据本发明的第一方面,提供一种安装在车辆中的燃料电池***。此燃料电池***包括:燃料电池,将电力供应到驱动车辆的电动机;泵,将氧供应到燃料电池;加速器位置检测单元,检测车辆的加速器下压量;以及控制单元,基于加速器下压量来计算需要由燃料电池产生的电力以及泵的驱动所需的电力,且基于驱动所需的电力来控制泵。控制单元计算驱动所需的电力,以使得当所计算的需要产生的电力增加时,驱动所需的电力的增加速率超过需要产生的电力的增加速率。根据此方面,当需要产生的电力增加时,驱动所需的电力以比需要产生的电力高的增加速率增加,且因此即使在压缩机的所需氧的供应迟滞于驱动所需的电力时,所产生的电力也不可能降低到需要产生的电力以下。因此,当需要产生的电力在车辆的加速等期间迅速增加时,因驱动电动机所需的电力的供应的故障所致的加速感的降低可减小。
在上文所述的方面中,控制单元可通过以下方式来校正驱动所需的电力的值:将用于补偿因车辆的车重和车辆的滚动阻力所致的、相对于加速器下压量的电动机的旋转速度迟滞且通过使用预先设置为分别相当于车重和滚动阻力的值的值来计算的电力添加到基于加速器下压量来计算的驱动所需的电力。根据此配置,补偿因车重和滚动阻力所致的电动机的旋转速度的迟滞的电力与驱动所需的电力相加,且因此,在车辆的加速期间,相对于加速器下压量的加速感的降低可受到抑制。
根据上文所述的方面的燃料电池***可还包括将电力供应到电动机的二次电池,且控制单元可通过以下方式来校正驱动所需的电力的值:将用于二次电池的充电的且通过使用根据二次电池的温度和蓄电量而设置的充电电力的上限值来计算的电力添加到基于加速器下压量来计算的驱动所需的电力。根据此配置,用于二次电池的充电的电力与驱动所需的电力相加,且因此,因燃料电池车辆的加速的重复所致的二次电池的蓄电量(SOC)的减少可受到抑制,且加速感可被允许持续一段延长的时间。
在上文所述的方面中,控制单元可校正需要产生的电力的值,以使得在需要产生的电力与燃料电池实际产生的电力之间的差等于或大于第一阈值且实际产生的电力等于或小于第二阈值的状况下,差相对于基于加速器下压量来计算的需要产生的电力而减小。根据此配置,需要产生的电力与所产生的电力之间的差的增加受到抑制,即使在所产生的电力在车辆的加速期间迟滞于需要产生的电力时也是如此,且因此,供应到牵引电动机的电力的迅速增加受到抑制,即使所产生的电力此后急剧增加也是如此。因此,车辆的加速期间的转矩冲击可受到抑制。
根据本发明的第二方面,提供一种安装在车辆中的燃料电池***的控制方法,该燃料电池***具有将电力供应到驱动车辆的电动机的燃料电池以及将氧供应到燃料电池的泵,该控制方法包括:检测车辆的加速器下压量;基于加速器下压量来计算需要由燃料电池产生的电力以及泵的驱动所需的电力,且基于驱动所需的电力来控制泵;以及计算驱动所需的电力,以使得当所计算的需要产生的电力增加时,驱动所需的电力的增加速率超过需要产生的电力的增加速率。根据此方面,与第一方面的效果类似的效果可得以实现。
本发明可按各种方面来进行。举例来说,本发明可采取如下形式:安装了燃料电池的车辆、安装在车辆中的燃料电池***的控制方法、执行此控制方法的控制装置、执行此控制方法的计算机程序、记录了此计算机程序的记录介质等。
附图说明
将在下文参照附图来描述本发明的示例性实施例的特征、优点和技术与工业意义,其中相似数字表示相似元件,且其中:
图1是燃料电池车辆的示意图,其中根据第一实施例的燃料电池***安装在该燃料电池车辆中;
图2是用于示出控制装置的配置的图式;
图3是说明根据第一实施例的燃料电池车辆的状态的示例的时序图;
图4是说明根据比较示例1的燃料电池车辆的状态的示例的时序图;
图5是说明根据第二实施例的燃料电池车辆的状态的示例的时序图;
图6是说明校正处理的初始条件和停止条件的示例的时序图;
图7是说明根据第三实施例的燃料电池车辆的状态的示例的时序图;
图8是说明根据第四实施例的燃料电池车辆的状态的示例的时序图;
图9是说明根据比较示例2的燃料电池车辆的状态的示例的时序图;
图10是说明根据第五实施例的燃料电池车辆的状态的时序图;
图11是说明根据第五实施例的计数值与速率值之间的关系的示例的说明图;
图12是说明根据第六实施例的差与计数递增量之间的关系的说明图;以及
图13是说明根据第七实施例的燃料电池车辆的状态的时序图。
具体实施方式
图1是说明燃料电池车辆10的配置的示意图,其中根据第一实施例的燃料电池***100安装在燃料电池车辆10中。燃料电池车辆10具备燃料电池110、FC升压转换器120、电力控制单元(PCU)130、牵引电动机136、空气压缩机(ACP)138、车辆速度检测单元139、二次电池140、SOC检测单元142、FC辅助机械150、控制装置180、加速器位置检测单元190以及车轮WL。当牵引电动机136由从燃料电池110和二次电池140供应的电力驱动时,燃料电池车辆10行进。除(例如)牵引电动机136和车轮WL外的上文所述的燃料电池车辆10的功能单元构成燃料电池***100。
燃料电池110是通过接收氢和氧的供应作为反应气体而产生电力的固体聚合物型燃料电池。燃料电池110不限于固体聚合物型燃料电池。除固体聚合物型燃料电池之外的各种类型的燃料电池可用作燃料电池110。燃料电池110经由FC升压转换器120而连接到高压直流布线DCH,且经由高压直流布线DCH而连接到PCU130中所包括的电动机驱动器132和ACP驱动器137。FC升压转换器120将燃料电池110的输出电压VFC升压到可由电动机驱动器132和ACP驱动器137使用的高压VH。
三相逆变器电路构成电动机驱动器132。电动机驱动器132连接到牵引电动机136。电动机驱动器132将经由FC升压转换器120而供应的燃料电池110的输出电力和经由直流/直流转换器134而供应的二次电池140的输出电力转换为三相交流电力,且将该三相交流电力供应到牵引电动机136。具备三相线圈的同步电动机构成牵引电动机136。牵引电动机136经由齿轮等而驱动车轮WL。在燃料电池车辆10的制动期间,牵引电动机136还充当通过再生燃料电池车辆10的动能而产生再生电力的发电机。车辆速度检测单元139检测燃料电池车辆10的车速SVHCL[km/h],且将检测的结果传输到控制装置180。
直流/直流转换器134响应于来自控制装置180的驱动信号而调整高压直流布线DCH的电压电平,且切换二次电池140的充电/放电状态。在牵引电动机136中产生再生电力的状况下,此再生电力由电动机驱动器132转换为直流电力,且二次电池140经由直流/直流转换器134以该直流电力充电。
三相逆变器电路构成ACP驱动器137。ACP驱动器137连接到ACP138。ACP驱动器137将经由FC升压转换器120而供应的燃料电池110的输出电力和经由直流/直流转换器134而供应的二次电池140的输出电力转换为三相交流电力,且将该三相交流电力供应到ACP138。具备三相线圈的同步电动机构成ACP138。ACP138响应于电力的供应而驱动电动机,且将用于发电的氧(空气)供应到燃料电池110。
二次电池140是能够存储电能且重复充放电的蓄电装置。二次电池140被配置成(例如)锂离子电池。除锂离子电池外的各种类型的电池(例如,铅蓄电池、镍镉电池和镍氢电池)也可用作二次电池140。二次电池140经由低压直流布线DCL而连接到PCU130中所包括的直流/直流转换器134,且经由直流/直流转换器134而连接到高压直流布线DCH。
SOC检测单元142检测二次电池140的蓄电量(SOC),且将检测的结果传输到控制装置180。“蓄电量(SOC)”根据本说明书意味二次电池140的当前剩余容量与二次电池140的最大充电容量的比。SOC检测单元142检测二次电池140的温度Tba、输出电压V和输出电流I,且基于所检测的值而检测蓄电量(SOC)。SOC检测单元142根据此实施例也将二次电池140的温度Tba传输到控制装置180。
FC辅助机械150连接到低压直流布线DCL,且由从燃料电池110和二次电池140供应的电力驱动。FC辅助机械150是用于燃料电池110的发电的辅助机械,例如,将反应气体供应到燃料电池110的燃料泵以及将制冷剂供应到燃料电池110的制冷剂泵。加速器位置检测单元190检测加速器被驾驶员下压的量(加速器下压量DACC)[%],且将检测的结果传输到控制装置180。
具备中央处理单元和主存储器单元的微型计算机构成控制装置180。当控制装置180检测到例如驾驶员的加速器操作的操作时,控制装置180根据操作的内容来控制燃料电池110的发电以及二次电池140的充放电。控制装置180产生与加速器下压量DACC相关的驱动信号,且将驱动信号传输到电动机驱动器132和直流/直流转换器134的每一个。电动机驱动器132通过(例如)根据来自控制装置180的驱动信号而调整交流电压的脉宽,来导致牵引电动机136被驱动以根据加速器下压量DACC而旋转。控制装置180具备二次电池辅助控制映射,且通过使用此映射来确定二次电池辅助比率。二次电池辅助控制映射示出二次电池140所承载的电力与需要驱动牵引电动机136以根据加速器下压量DACC而旋转的电力PT/M的比(二次电池辅助比率)与二次电池140的温度和蓄电量(SOC)之间的关系。
图2是用于示出控制装置180的配置的图式。控制装置180包括四个电子控制单元(ECU),即,PM-ECU181、FC-ECU182、FDC-ECU183和MG-ECU184。PM-ECU181获取燃料电池车辆10的加速器下压量DACC,且将需要以与加速器下压量DACC相关的旋转速度驱动牵引电动机136的各种请求和命令发布到其它ECU。FC-ECU182控制燃料电池110和FC辅助机械150。当FC-ECU182从PM-ECU181接收到请求信号SREQ(稍后描述)时,FC-ECU182将与燃料电池110的发电容量和特性相关的响应信号SRES发布到PM-ECU181。FDC-ECU183控制FC升压转换器120。当FDC-ECU183从PM-ECU181接收到功率命令PCOM(稍后描述)时,FDC-ECU183将与功率命令PCOM相关的电力从燃料电池110供应到牵引电动机136和ACP138。MG-ECU184控制电动机驱动器132、ACP驱动器137和直流/直流转换器134。当MG-ECU184从PM-ECU181接收到转矩命令TCOM(稍后描述)时,MG-ECU184在牵引电动机136和ACP138中产生与转矩命令TCOM相关的转矩。下文将描述四个ECU的特定操作的示例。
当加速器踏板被驾驶员下压时,PM-ECU181接收到由加速器位置检测单元190检测的加速器下压量DACC。当接收到加速器下压量DACC时,PM-ECU181计算加速器转矩需求TACC[N·m],加速器转矩需求TACC[N·m]是牵引电动机136根据加速器下压量DACC而需要的转矩量。可从(例如)示出DACC与TACC之间的关系的算术表达式计算加速器转矩需求TACC。此外,PM-ECU181从加速器转矩需求TACC计算驱动能力所需的转矩TMOD[N·m]。在加速器转矩需求TACC的改变量ΔTACC[N·m/s]等于或大于阈值(速率限制器)ΔTHTACC的状况下,驱动能力所需的转矩TMOD是针对将减小的加速器转矩需求TACC的改变量ΔTACC来计算的,其中对改变量ΔTACC执行了速率处理(平滑化处理)。因为在关于加速器转矩需求TACC来控制燃料电池车辆10的加速和减速时,燃料电池车辆10的加速和减速变得急剧且较不舒适,所以驱动能力所需的转矩TMOD得以设置。PM-ECU181将包括所计算的驱动能力所需的转矩TMOD的转矩命令TCOM发布到MG-ECU184。当MG-ECU184接收到包括驱动能力所需的转矩TMOD的转矩命令TCOM时,MG-ECU184控制牵引电动机136,以使得与驱动能力所需的转矩TMOD相关的输出转矩得以产生。以此方式,牵引电动机136的实际旋转速度(实际T/M旋转速度)RT/M近似于驱动能力所需的转矩TMOD相关的旋转速度(所需的T/M旋转速度RT/MRQ)。牵引电动机136中实际产生的转矩将还称为实际转矩TACT。因实际转矩的产生而由牵引电动机136消耗的电力将还称为T/M电力消耗PCONS。
PM-ECU181从所计算的驱动能力所需的转矩TMOD计算车辆所需的电力PVHCL[W]。车辆所需的电力PVHCL是需要将燃料电池车辆10置于与驱动能力所需的转矩TMOD相关的操作状态的电力,且是需要由燃料电池110产生的电力。从以下等式(1)计算车辆所需的电力PVHCL。
PVHCL=max{PT/M+PAUX+Pchg,POC}…(1)
此处,PT/M是牵引电动机136的驱动所需的电力[W],PAUX[W]是FC辅助机械150和ACP138的驱动所需的电力,且Pchg[W]是用于二次电池140的充放电的电力。POC[W]是间隙操作等期间的高电位回避电压所需的电力。可从(例如)示出牵引电动机136的旋转速度和所需转矩与PT/M之间的关系的电动机特性计算PT/M。可基于(例如)FC辅助机械150和ACP138的当前电力消耗的实际测量值来计算PAUX。可在FC辅助机械150的电力消耗恒定且ACP138的电力消耗是从示出电动机的旋转速度和所需转矩与电力消耗之间的关系的电动机特性计算的情况下计算PAUX。可从(例如)示出关于二次电池140的目标SOC(例如,60%)、当前SOC和Pchg之间的关系的映射计算Pchg。可从高电位回避电压、燃料电池110的电力-电流特性(P-I特性)和燃料电池110的电流-电压特性(I-V特性)计算POC。POC可为固定值。“车辆所需的电力PVHCL”是根据权利要求书的范围的“需要产生的电力”的一个示例。
当FC-ECU182接收到包括车辆所需的电力PVHCL的请求信号SREQ时,FC-ECU182确定车辆所需的电力PVHCL是否超过燃料电池110的容许电力PALW[W]。容许电力PALW是当前可由燃料电池110产生的电力的上限值。可从示出燃料电池110的当前状态的各种参数计算容许电力PALW。示出燃料电池110的当前状态的参数的示例包括燃料电池110的温度、ACP138吸入的外部空气的量、存储供应到燃料电池110的氢的氢储罐中剩余的氢的量以及燃料电池110的阳极压力和阴极压力。FC-ECU182可从示出这些参数与容许电力PALW之间的对应关系的映射计算容许电力PALW。当车辆所需的电力PVHCL不超过容许电力PALW时,FC-ECU182将包括与车辆所需的电力PVHCL相关的电流值I[A]和电压值V[V]的响应信号SRES发布到PM-ECU181。可从燃料电池110的P-I特性和I-V特性计算与车辆所需的电力PVHCL相关的电流值I和电压值V。当车辆所需的电力PVHCL超过容许电力PALW时,FC-ECU182将包括与容许电力PALW相关的电流值I和电压值V的响应信号SRES发布到PM-ECU181。
当PM-ECU181接收到包括与车辆所需的电力PVHCL或容许电力PALW相关的电流值I和电压值V的响应信号SRES时,PM-ECU181将所接收的电流值I和电压值V作为功率命令PCOM发布到FDC-ECU183。当FDC-ECU183接收到功率命令PCOM时,FDC-ECU183控制FC升压转换器120,以使得燃料电池110输出与功率命令PCOM相关的电流值I和电压值V。燃料电池110实际输出的电力将被称为FC产生的电力PFC[W]。
PM-ECU181从加速器转矩需求TACC计算ACP驱动所需的电力PRQ[W]。ACP驱动所需的电力PRQ是需要将ACP138置于与加速器转矩需求TACC相关的驱动状态的电力。可从(例如)示出TACC与PRQ之间的关系的算术表达式计算ACP驱动所需的电力PRQ。PM-ECU181将包括所计算的ACP驱动所需的电力PRQ的请求信号SREQ发布到FC-ECU182。“ACP驱动所需的电力PRQ”是根据权利要求书的范围的“驱动所需的电力”的一个示例。
当FC-ECU182接收到包括ACP驱动所需的电力PRQ的请求信号SREQ时,FC-ECU182计算ACP138的与ACP驱动所需的电力PRQ相关的旋转速度RRQ[rpm](所需的ACP旋转速度)。可(例如)通过以下方法来计算所需的旋转速度RRQ。首先,从ACP驱动所需的电力PRQ的值以及燃料电池110的P-I特性和I-V特性计算ACP驱动所需的电力PRQ的产生所需的燃料电池110的电流值I。接着,从与所计算的电流值I相关的电荷量以及与发电有关的电化学反应式计算ACP驱动所需的电力PRQ的产生所需的氧的量。接着,从所计算的氧的量和空气组成比计算ACP驱动所需的电力PRQ的产生所需的空气的量。接着,从所计算的空气量计算ACP138的所需的旋转速度RRQ。FC-ECU182将包括所计算的所需的旋转速度RRQ的响应信号SRES发布到PM-ECU181。
当PM-ECU181接收到包括所需的旋转速度RRQ的响应信号SRES时,PM-ECU181从所需的旋转速度RRQ计算ACP转矩需求TACP[N·m]。PM-ECU181将包括所计算的ACP转矩需求TACP的转矩命令TCOM发布到MG-ECU184。当MG-ECU184接收到包括ACP转矩需求TACP的转矩命令TCOM时,MG-ECU184控制ACP138,以使得与ACP转矩需求TACP相关的输出转矩得以产生。以此方式,PM-ECU181允许ACP的实际旋转速度(实际ACP旋转速度)RACT近似于所需的ACP旋转速度RRQ。
如上所述,根据此实施例的PM-ECU181被配置成从驱动能力所需的转矩TMOD计算车辆所需的电力PVHCL,且从加速器转矩需求TACC计算ACP驱动所需的电力PRQ。根据此配置,当所计算的车辆所需的电力PVHCL(即,需要由燃料电池110产生的电力)增加时,ACP驱动所需的电力PRQ的增加速率可超过需要产生的电力(车辆所需的电力PVHCL)的增加速率。接着,在车辆的突然加速期间,即,在车辆所需的电力PVHCL的迅速增加期间,因空气压缩机的延迟的反应所致的关于车辆的加速感的降低可减小。具体来说,作为响应,ACP138由于惯性而延迟,且发生延迟直到ACP138达到相关的旋转速度为止,即使ACP驱动所需的电力PRQ由于车辆所需的电力PVHCL的迅速增加而迅速增加时也是如此。在现有技术中,这阻碍供应车辆的牵引电动机所需的充足电力,且导致相对于加速器下压量的加速感降低。然而,根据此实施例的配置,ACP驱动所需的电力PRQ的增加速率超过车辆所需的电力PVHCL的增加速率,且因此ACP138相对于ACP驱动所需的电力PRQ延迟地供应的氧的量近似于此时间点的车辆所需的电力PVHCL所需的空气的量。因此,FC产生的电力PFC由于所需的氧的供应的缺乏而降低到车辆所需的电力PVHCL以下的状态变得较不可能发生,且加速感因牵引电动机136所需的电力不足地供应而降低的状态变得较不可能出现。
图3是说明根据此实施例的燃料电池车辆10的状态的示例的时序图。图3说明加速器下压量DACC、加速器转矩需求TACC、驱动能力所需的转矩TMOD、实际转矩TACT、ACP驱动所需的电力PRQ、车辆所需的电力PVHCL、FC产生的电力PFC、所需的ACP旋转速度RRQ以及实际ACP旋转速度RACT的时间序列变化的示例。图3还作为比较示例1而说明与从驱动能力所需的转矩TMOD计算ACP驱动所需的电力PRQ的状况有关的所需的ACP旋转速度(根据比较示例的所需的旋转速度RCERQ)和实际ACP旋转速度(根据比较示例的实际旋转速度RCEAT)的示例。在本文中,假设驾驶员在T1到T2的周期中急剧地下压加速器。
加速器转矩需求TACC与加速器下压量DACC相关,且因此在T1到T2的周期中增加。驱动能力所需的转矩TMOD相对于加速器转矩需求TACC而进行速率处理,且因此比加速器转矩需求TACC平缓地增加。车辆所需的电力PVHCL、FC产生的电力PFC以及实际转矩TACT与驱动能力所需的转矩TMOD相关,且因此在T1到T3的整个周期上也平缓地增加。ACP驱动所需的电力PRQ与加速器转矩需求TACC相关,且因此在T1到T2的整个周期上增加。
所需的旋转速度RRQ与ACP驱动所需的电力PRQ相关,且因此在T1到T2的周期中增加。实际ACP旋转速度RACT迟滞于所需的ACP旋转速度RRQ,且因此在本文中在T1到T3的周期中增加。因此,实际ACP旋转速度RACT的增加速率比根据比较示例的实际ACP旋转速度RCEAT更近似于车辆所需的电力PVHCL的增加速率。换句话说,ACP138相对于所需的ACP旋转速度RRQ延迟地供应的空气的量近似于此时间点的车辆所需的电力PVHCL所需的空气的量。因此,可抑制FC产生的电力PFC降低到车辆所需的电力PVHCL以下。
在比较示例1中,根据比较示例的所需的ACP旋转速度RCERQ与驱动能力所需的转矩TMOD相关,且因此在T1到T3的整个周期上增加。因此,根据比较示例的实际ACP旋转速度RCEAT在本文中在T1到T4的整个周期上增加。因此,根据比较示例的实际ACP旋转速度RCEAT的增加速率显著迟滞于车辆所需的电力PVHCL的增加速率。换句话说,ACP138相对于根据比较示例的所需的旋转速度RCERQ延迟地供应的空气的量变得小于此时间点的车辆所需的电力PVHCL所需的空气的量,且FC产生的电力PFC降低到车辆所需的电力PVHCL以下。
图4是说明根据比较示例1的燃料电池车辆的状态的示例的时序图。图4说明加速器下压量DACC、车辆所需的电力PVHCL、FC产生的电力PFC、二次电池辅助电力PASS以及ACP驱动所需的电力PRQ的时间序列变化的示例。根据比较示例1的燃料电池车辆与根据此实施例的燃料电池车辆10相同,不同之处在于,如上所述,从驱动能力所需的转矩TMOD计算ACP驱动所需的电力PRQ。如上所述,在根据比较示例1的燃料电池车辆中,FC产生的电力PFC如上所述在加速器下压量DACC的迅速增加期间降低到车辆所需的电力PVHCL以下。因此,牵引电动机136所需的电力的供应变得不充足,且因此实际转矩相对于驱动能力所需的转矩减小。因此,相对于加速器下压量的加速感降低。此外,在FC产生的电力PFC降低到车辆所需的电力PVHCL以下的状况下,辅助电力PASS(其为二次电池140的输出电力Pout的至少一部分)被供应到牵引电动机136,以使得短缺的部分得到辅助。然而,当车辆的突然加速重复时,辅助电力PASS从二次电池到牵引电动机的供应重复,而导致二次电池的蓄电量(SOC)减少且加速感的降低持续。同时,在根据此实施例的燃料电池车辆10中,由ACP138供应的空气的量近似于此时间点的车辆所需的电力PVHCL所需的空气的量,即使在ACP138的实际旋转速度迟滞于所需的ACP旋转速度RRQ时也是如此,且因此可抑制FC产生的电力PFC降低到车辆所需的电力PVHCL以下。因此,在加速器下压量DACC的迅速增加期间,牵引电动机136所需的电力的供应变得不足的状态的发生可受到抑制,且加速感的降低可受到抑制。此外,辅助电力PASS从二次电池到牵引电动机的供应可受到抑制,且因此因车辆的突然加速的重复所致的二次电池的蓄电量(SOC)的减少可受到抑制。
根据上文所述的此实施例的燃料电池车辆10,当需要产生的电力(车辆所需的电力PVHCL)迅速增加时,ACP驱动所需的电力PRQ以比需要产生的电力高的增加速度增加,且因此产生的电力不可能降低到需要产生的电力以下,即使在ACP138的所需氧的供应相对于驱动所需的电力延迟时也是如此。因此,当需要产生的电力在车辆的加速等期间迅速增加时,因牵引电动机136所需的电力的供应的故障所致的加速感的降低可减小。
根据第二实施例的PM-ECU181A通过从加速器转矩需求TACC计算ACP驱动所需的电力PRQ来抑制因ACP138的延迟的反应所致的关于车辆的加速感的降低,与根据第一实施例的PM-ECU181是同样的状况。此外,根据第二实施例的PM-ECU181A可通过在车辆的突然加速期间执行用于校正ACP驱动所需的电力PRQ的值的校正处理来抑制因燃料电池车辆10的车重和滚动阻力所致的加速感的降低。具体来说,当预先设置的条件满足牵引电动机136的T/M电力消耗PCONS的迅速增加的条件时,根据第二实施例的PM-ECU181A执行用于校正ACP驱动所需的电力PRQ的值的校正处理。稍后将描述校正处理的初始条件。在校正处理期间,PM-ECU181A通过以下方式来校正ACP驱动所需的电力PRQ的值:将用于补偿因燃料电池车辆10的车重和滚动阻力所致的牵引电动机136的旋转速度相对于加速器下压量DACC的迟滞的电力与从加速器转矩需求TACC计算的ACP驱动所需的电力PRQ相加。
首先,PM-ECU181A通过使用加速器转矩需求TACC来计算通过加速器转矩需求TACC在燃料电池车辆10中产生的力(驱动力)FTacc。接着,通过使用所计算的FTacc和以下等式(2)来计算燃料电池车辆10的预测加速度AEXP。
FTacc+FRR=MVHCL·AEXP…(2)
本文中,FRR是预先设置为等于燃料电池车辆10的滚动阻力的值的值。MVHCL是预先设置为等于燃料电池车辆10的车重的值的值。PM-ECU181A通过对所计算的预测加速度AEXP求积分来计算牵引电动机136的预测旋转速度REXP。PM-ECU181A基于预测旋转速度REXP来校正ACP驱动所需的电力PRQ。用于基于预测旋转速度REXP来校正ACP驱动所需的电力PRQ的方法的示例可包括使用示出预测旋转速度REXP与校正量(额外电力)之间的关系的映射而从预测旋转速度REXP计算校正量。
图5是说明根据第二实施例的燃料电池车辆10A的状态的示例的时序图。图5说明加速器下压量DACC、加速器转矩需求TACC、预测旋转速度REXP、实际T/M旋转速度RT/M、ACP驱动所需的校正后电力PRQ以及ACP驱动所需的校正前电力PRQ的时间序列变化的示例。ACP驱动所需的校正前电力PRQ是根据第一实施例的ACP驱动所需的电力PRQ。ACP驱动所需的校正后电力PRQ是超过ACP驱动所需的校正前电力PRQ的值,这是因为等于相对于实际T/M旋转速度RT/M的预测旋转速度REXP的增加量的电力与ACP驱动所需的校正前电力PRQ相加。根据第二实施例的燃料电池车辆10A,因燃料电池车辆10的车重和滚动阻力所致的加速感的降低可受到抑制。因此,相对于加速器下压量的加速感的降低可在车辆的加速期间进一步减小。
图6是说明校正处理的初始条件和停止条件的示例的时序图。图6说明加速器下压量DACC、校正处理的执行或未执行以及T/M电力消耗PCONS的时间序列变化的示例。本文中,加速器下压量DACC的增加速率(即,每单位时间的增加宽度ΔDACC[%/s]变成至少阈值ΔDth且加速器下压量DACC变成至少阈值Dth)与牵引电动机136的T/M电力消耗PCONS的增加速率(即,每单位时间的增加宽度ΔPCONS[%/s]变得等于或小于阈值ΔPth)之间的周期被设置为“T/M电力消耗PCONS的迅速增加的条件”。换句话说,当每单位时间的加速器下压量DACC的增加宽度ΔDACC变成至少阈值ΔDth且加速器下压量DACC变成至少阈值Dth时,根据第二实施例的PM-ECU181A初始化校正处理,且当每单位时间的T/M电力消耗PCONS的增加宽度ΔPCONS变得等于或小于阈值ΔPth时,停止校正处理。以此方式,可容易检测T/M电力消耗PCONS迅速增加的状态。“T/M电力消耗PCONS的迅速增加的条件”不限于此,且任何条件可设置为“T/M电力消耗PCONS的迅速增加的条件”。
根据第三实施例的PM-ECU181B可通过从加速器转矩需求TACC计算ACP驱动所需的电力PRQ来抑制因ACP138的延迟的反应所致的关于车辆的加速感的降低,与根据第一实施例的PM-ECU181是同样的状况。此外,在二次电池140可仍被充电的状况下,根据第三实施例的PM-ECU181B通过执行用于校正ACP驱动所需的电力PRQ的值的校正处理来抑制因燃料电池车辆10的加速的重复所致的二次电池140的蓄电量(SOC)的减少。具体来说,当预先设置的条件满足牵引电动机136的T/M电力消耗PCONS的迅速增加的条件时,根据第三实施例的PM-ECU181B执行用于校正ACP驱动所需的电力PRQ的值的校正处理。校正处理的初始条件和停止条件与第二实施例的初始条件和停止条件(图6)相同。在校正处理期间,PM-ECU181B通过以下方式来计算驱动所需的电力的值:将用于二次电池140的充电的电力(充电电力Pin)与从加速器转矩需求TACC计算的ACP驱动所需的电力PRQ相加。本文中,PM-ECU181B计算根据二次电池140的温度和蓄电量而设置的充电电力的上限值PWin[W],且将等于上限值PWin的充电电力Pin与ACP驱动所需的电力PRQ相加。充电电力Pin可等于或小于上限值PWin。
可从二次电池140的SOC充放电特性以及温度充放电特性计算PWin。SOC充放电特性是指二次电池140的蓄电量(SOC)与输入(充电)电力Pin的容许输入上限值Win和输出(放电)电力Pout的容许输出上限值Wout相关联的映射。温度充放电特性是指二次电池140的温度Tba与输入电力的容许输入上限值Win和输出电力的容许输出上限值Wout相关联的映射。PM-ECU181B可采用以下两者中的较小者作为PWin:从获自SOC检测单元142的蓄电量(SOC)和SOC充放电特性确定的容许输入上限值Win;以及从获自SOC检测单元142的温度Tba和温度充放电特性确定的容许输入上限值Win。
图7是说明根据第三实施例的燃料电池车辆10B的状态的示例的时序图。图7说明加速器下压量DACC、ACP驱动所需的校正后电力PRQ、ACP驱动所需的校正前电力PRQ以及二次电池的充电电力Pin的时间序列变化的示例。ACP驱动所需的校正前电力PRQ是根据第一实施例的ACP驱动所需的电力PRQ。ACP驱动所需的校正后电力PRQ是超过ACP驱动所需的校正前电力PRQ的值,这是因为等于二次电池的充电电力Pin的电力与ACP驱动所需的校正前电力PRQ相加。根据第三实施例的燃料电池车辆10B,ACP驱动所需的电力PRQ的递增量可被供应到二次电池140,且因此,因燃料电池车辆10的加速的重复所致的二次电池140的蓄电量(SOC)的减少可受到抑制,且加速感可被允许持续一段延长的时间。
根据第四实施例的燃料电池车辆10C与根据第一实施例的燃料电池车辆10相同,不同之处在于根据第四实施例的燃料电池车辆10C执行用于抑制燃料电池车辆的加速期间的转矩冲击的转矩冲击回避控制。燃料电池车辆的加速期间的转矩冲击(例如)如下而发生。在燃料电池车辆的加速初始时,FC产生的电力PFC迟滞于需要产生的电力(车辆所需的电力PVHCL),且被供应到牵引电动机的电力经受暂时短缺。接着,当FC产生的电力PFC急剧增加时,被供应到牵引电动机的电力迅速增加。接着,实际转矩迅速增加,且暂时突然加速(转矩冲击)发生。当预先设置的条件满足加速期间的转矩冲击的发生的条件时,根据第四实施例的PM-ECU181C执行转矩冲击回避控制。将稍后描述“加速期间的转矩冲击的发生的条件”。在转矩冲击回避控制期间,PM-ECU181C通过与第一实施例中的方法类似的方法来校正车辆所需的电力PVHCL,以使得车辆所需的电力PVHCL与FC产生的电力PFC之间的差(短缺)DIF相对于所计算的车辆所需的电力PVHCL减少。在本文中,车辆所需的电力PVHCL的值通过将速率限制应用于车辆所需的电力PVHCL而减小。
图8是说明根据第四实施例的燃料电池车辆10C的状态的示例的时序图。图8说明加速器下压量DACC、驱动能力所需的转矩TMOD、实际转矩TACT、车辆所需的电力PVHCL以及FC产生的电力PFC的时间序列变化的示例。图8还作为比较示例2来说明与未应用速率限制的状况有关的车辆所需的电力PVHCL的部分。在T1到T2的周期中,车辆所需的电力PVHCL随着驱动能力所需的转矩TMOD的增大而增加。FC产生的电力PFC在同一周期期间几乎不增加,这是因为FC产生的电力PFC迟滞于车辆所需的电力PVHCL。因此,在T1到T2的周期中,车辆所需的电力PVHCL与FC产生的电力PFC之间的差DIF增加。
在本文中,FC产生的电力PFC变得等于或小于阈值THPFC(THPFC≥PFC)且车辆所需的电力PVHCL与FC产生的电力PFC之间的差DIF变成至少阈值THDIF(DIF≥THDIF)被设置为“加速期间的转矩冲击的发生的条件”。“阈值THPFC”是根据权利要求书的范围的“第二阈值”的一个示例,且“阈值THDIF”是根据权利要求书的范围的“第一阈值”的一个示例。“阈值THPFC”和“阈值THDIF”是通过实验等而获得,且通过确定FC产生的电力PFC急剧增加的时序而获得。
在本文中,在时间点T2满足此条件。当确定在时间点T2满足上文所述的条件时,PM-ECU181C将速率限制应用于车辆所需的电力PVHCL。作为本文中的速率限制,所计算的车辆所需的电力PVHCL被FC产生的电力PFC取代,且以从该值设置的速率值(固定值)RD[W/ms]增加。速率限制不限于此。举例来说,可从所计算的车辆所需的电力PVHCL减去预先设置的速率值(固定值)RD[W/ms]。以此方式,车辆所需的电力PVHCL的值减小,且车辆所需的电力PVHCL与FC产生的电力PFC之间的差DIF在时间点T2之后减小。接着,被供应到牵引电动机的电力不迅速增加,即使FC产生的电力PFC急剧增加直到车辆所需的电力PVHCL的值也是如此,且因此实际转矩不急剧增加,且转矩冲击的发生受到抑制。根据比较示例2的车辆所需的电力PVHCL的值即使在时间点T2之后也不减小,且因此,车辆所需的电力PVHCL与FC产生的电力PFC之间的差DIF不减小。
图9是说明根据比较示例2的燃料电池车辆的状态的示例的时序图。图9说明加速器下压量DACC、驱动能力所需的转矩TMOD、实际转矩TACT、车辆所需的电力PVHCL以及FC产生的电力PFC的时间序列变化的示例。根据比较示例2的燃料电池车辆与根据第四实施例的燃料电池车辆10C相同,不同之处在于,根据比较示例2的燃料电池车辆不执行转矩冲击回避控制。如上所述,在根据比较示例2的燃料电池车辆中,速率限制在时间点T2不应用于车辆所需的电力PVHCL,且因此差DIF在时间点T2不减小。因此,当FC产生的电力PFC此后在时间点T3急剧增加直到车辆所需的电力PVHCL的值时,实际转矩迅速增加,且因此转矩冲击发生。同时,根据此实施例的燃料电池车辆10C,转矩冲击的发生受到抑制,这是因为差DIF的增大通过转矩冲击回避控制而受到抑制。
根据第五实施例的PM-ECU181D执行转矩冲击回避控制,与第四实施例中的是同样的状况。根据第四实施例的描述,速率值RD是固定值。然而,第五实施例被配置成使速率值RD取决于从满足“加速期间的转矩冲击的发生的条件”起逝去的时间长度而改变。除此点之外,第五实施例的配置与第四实施例相同。
图10是说明根据第五实施例的燃料电池车辆10D的状态的示例的时序图。图10说明车辆所需的电力PVHCL、FC产生的电力PFC、差DIF、校正处理的执行或未执行以及计数值CO的时间序列变化的示例。在转矩冲击回避控制期间,根据第五实施例的PM-ECU181D执行用于对从满足“加速期间的转矩冲击的发生的条件”起逝去的时间长度进行计数的“计数处理”。在本文中,如同第四实施例,FC产生的电力PFC变得等于或小于阈值THPFC且差DIF变成至少THDIF被设置为“加速期间的转矩冲击的发生的条件”。当确定在时间点T1满足此条件时,PM-ECU181D初始化计数处理与转矩冲击回避控制。在本文中,因计数处理而获得的计数值CO与从满足“加速期间的转矩冲击的发生的条件”起逝去的时间长度成正比。PM-ECU181D通过使用与计数值CO相关的速率值RD而将速率限制应用于所计算的车辆所需的电力PVHCL。
图11是说明根据第五实施例的计数值CO与速率值RD之间的关系的示例的说明图。具备对应于图11的映射的PM-ECU181D从因计数处理而获得的计数值CO计算速率值RD,且映射对应于图11。接着,PM-ECU181D通过使用所计算的速率值RD而将速率限制应用于车辆所需的电力PVHCL。换句话说,所计算的车辆所需的电力PVHCL被FC产生的电力PFC取代,且以从该值设置的速率值(可变值)RD增加。可从所计算的车辆所需的电力PVHCL减去所计算的速率值(可变值)RD。根据此配置,当(例如)FC产生的电力PFC的增加通过从满足“加速期间的转矩冲击的发生的条件”起逝去的时间长度的增加而被初始化且计数值CO低时,可增大速率值RD。因此,因车辆所需的电力PVHCL的过量减少所致的关于车辆的加速感的降低可通过将速率限制应用于车辆所需的电力PVHCL而受到抑制。
根据第六实施例的PM-ECU181E执行转矩冲击回避控制和计数处理,与第五实施例中的是同样的状况。根据第五实施例的描述,计数值CO与逝去的时间成正比。然而,第六实施例被配置成使计数值CO的递增量(计数递增量CU)取决于差DIF而改变。除此点之外,第六实施例的配置与第五实施例相同。
图12是说明根据第六实施例的差DIF与计数递增量CU之间的关系的示例的说明图。此实施例被配置成使计数递增量CU随差DIF增大而增加。当初始化计数处理时,具备对应于图12的映射的PM-ECU181E从差DIF和对应于图12的映射计算计数递增量CU。接着,计数值CO以所计算的计数递增量CU增大。根据此配置,当例如车辆所需的电力PVHCL快速增加时,计数值CO可快速增大。因此,当此后FC产生的电力PFC增加且计数值CO减小时,速率值RD可减小。
根据第七实施例的PM-ECU181F执行转矩冲击回避控制,与第四实施例中的是同样的状况。根据第四实施例的描述,车辆所需的电力PVHCL通过将速率限制应用于车辆所需的电力PVHCL而得以校正。然而,第七实施例被配置成允许通过另一方法来校正车辆所需的电力PVHCL。除此点之外,第七实施例的配置与第四实施例相同。
图13是说明根据第七实施例的燃料电池车辆10F的状态的示例的时序图。图13说明转矩冲击回避控制的执行或未执行、车辆所需的电力PVHCL以及FC产生的电力PFC的时间序列变化的示例。在转矩冲击回避控制期间,根据第七实施例的PM-ECU181F取决于FC产生的电力PFC是否等于或小于第二阈值TH2PFC而切换用于校正车辆所需的电力PVHCL的方法。具体来说,不同于第四实施例,在FC产生的电力PFC在转矩冲击回避控制期间等于或小于第二阈值TH2PFC的状况下,根据第七实施例的PM-ECU181F将通过对FC产生的电力PFC执行速率处理而获得的值作为车辆所需的校正后电力PVHCL。换句话说,代替从速率值RD和车辆所需的电力PVHCL进行计算,从FC产生的电力PFC计算车辆所需的校正后电力PVHCL。在FC产生的电力PFC在转矩冲击回避控制期间超过第二阈值TH2PFC的状况下,根据第七实施例的PM-ECU181F通过将速率限制应用于车辆所需的电力PVHCL来计算车辆所需的校正后电力PVHCL,与第四实施例是同样的状况。在此实施例中,第二阈值TH2PFC小于“加速期间的转矩冲击的发生的条件”中所包括的阈值THPFC(THPFC>TH2PFC)。根据此配置,通过使用FC产生的电力PFC的值来计算具有减小的值的车辆所需的电力PVHCL,且因此计算时间可比通过将速率限制应用于车辆所需的电力PVHCL来计算车辆所需的校正后电力PVHCL的状况短。因此,因延迟的控制所致的转矩冲击的发生可受到抑制。
本发明不限于上文所述的实施例。实际上,本发明可按各种方面来进行,而不偏离本发明的精神。举例来说,可如下修改本发明。
第一到第七实施例的配置可适当地相互组合。举例来说,第三实施例的配置和第四实施例的配置可相互组合。在此状况下,PM-ECU在二次电池140可仍充电的状况下,执行用于校正ACP驱动所需的电力PRQ的值的校正处理,且当满足加速期间的转矩冲击的发生的条件时,执行转矩冲击回避控制。
根据第一到第七实施例的燃料电池110从空气压缩机(ACP)138接收氧的供应。然而,除空气压缩机之外的泵可为用于将氧供应到燃料电池110的装置。在第一到第七实施例中,ACP驱动所需的电力PRQ是需要将ACP138置于与加速器转矩需求TACC相关的驱动状态的电力。然而,ACP驱动所需的电力PRQ可包括除ACP138的驱动所需的电力之外的电力,其示例包括阀门的驱动所需的电力。
Claims (6)
1.一种安装在车辆中的燃料电池***,所述燃料电池***的特征在于包括:
燃料电池,其将电力供应到驱动所述车辆的电动机;
泵,其将氧供应到所述燃料电池;
加速器位置检测单元,其检测所述车辆的加速器下压量;以及
控制单元,其基于所述加速器下压量来计算需要由所述燃料电池产生的电力以及所述泵的驱动所需的电力,并且基于所述驱动所需的电力来控制所述泵,
其中,
所述控制单元计算所述驱动所需的电力以使得,当所计算出的需要产生的电力增加时,所述驱动所需的电力的增加速率超过所述需要产生的电力的增加速率。
2.根据权利要求1所述的燃料电池***,其中,
所述控制单元通过将用于补偿因所述车辆的车重和所述车辆的滚动阻力所导致的、相对于所述加速器下压量的所述电动机的旋转速度的迟滞的并且通过利用预先被设置为分别相当于所述车重和所述滚动阻力的值的值而计算出的电力添加到基于所述加速器下压量而计算出的所述驱动所需的电力,来校正所述驱动所需的电力的值。
3.根据权利要求1所述的燃料电池***,还包括用于将电力供应到所述电动机的二次电池,其中,
所述控制单元通过将用于所述二次电池的充电的并且通过利用根据所述二次电池的温度和蓄电量所设置的充电电力的上限值而计算出的电力添加到基于所述加速器下压量而计算出的所述驱动所需的电力,来校正所述驱动所需的电力的值。
4.根据权利要求1到3中的任一项所述的燃料电池***,其中,
所述控制单元将所述需要产生的电力的值校正为以使得:在所述需要产生的电力与所述燃料电池实际产生的电力之间的差等于或大于第一阈值并且所述实际产生的电力等于或小于第二阈值的状况下,所述差相对于基于所述加速器下压量所计算出的所述需要产生的电力而减小。
5.一种车辆,包括:
根据权利要求1到4中的任一项所述的燃料电池***;以及
电动机,其通过利用从所述燃料电池***供应的电力来驱动所述车辆。
6.一种用于安装在车辆中的燃料电池***的控制方法,所述燃料电池***包括:
燃料电池,其将电力供应到驱动所述车辆的电动机,以及
泵,其将氧供应到所述燃料电池,
所述控制方法的特征在于包括:
检测所述车辆的加速器下压量;
基于所述加速器下压量来计算需要由所述燃料电池产生的电力以及所述泵的驱动所需的电力,并且基于所述驱动所需的电力来控制所述泵;以及
计算所述驱动所需的电力以使得,当所计算出的需要产生的电力增加时,所述驱动所需的电力的增加速率超过所述需要产生的电力的增加速率。
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