CN111823891A - 燃料电池车辆以及燃料电池车辆的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供燃料电池车辆以及燃料电池车辆的控制方法。燃料电池车辆具备燃料电池、气体供给部、摩擦制动***、驱动马达、蓄电装置以及控制部,该控制部执行使用摩擦制动力和再生制动力来获得被请求的制动力的控制、和用于进行扫气处理的控制。在燃料电池车辆通过摩擦制动力和再生制动力处于制动中时,控制部使用滞留在燃料电池的内部的滞留水的量来判断是否满足扫气准备条件,在满足扫气准备条件时执行响应性提高处理,在响应性提高处理完成且滞留水的量达到基准值时执行扫气处理。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池车辆以及燃料电池车辆的控制方法。
背景技术
在日本特开2016-096058中记载了一种搭载有能够对燃料电池发出的电力、基于再生制动的再生电力进行蓄电的二次电池的燃料电池车辆。在该燃料电池车辆中,进行用于使残留在燃料电池内的水分向燃料电池外排出的扫气处理。
发明内容
本申请的发明人们新发现了:在使用通过并用再生制动和摩擦制动器来产生制动力的再生摩擦协调制动的燃料电池车辆中,若在制动中执行扫气处理,则存在再生制动的制动力暂时减少的情况。因此,期望使再生摩擦协调制动的制动力稳定。
本发明能够实现为以下的方式。
根据本发明的一个方式,提供一种燃料电池车辆。该燃料电池车辆具备:燃料电池;气体供给部,向上述燃料电池供给反应气体;摩擦制动***,对上述燃料电池车辆进行制动;驱动马达,执行驱动上述燃料电池车辆的牵引运转和产生再生电力来对上述燃料电池车辆进行制动的再生运转;蓄电装置,对上述燃料电池发出的电力和上述驱动马达在再生运转时产生的上述再生电力进行蓄积;以及控制部,执行通过驱动上述摩擦制动***和上述驱动马达并使用上述摩擦制动***的摩擦制动力和因上述驱动马达进行再生运转而产生的再生制动力来获得被请求的制动力的控制、和用于进行驱动上述气体供给部来使滞留在上述燃料电池的内部的滞留水向上述燃料电池的外部排出的扫气处理的控制,在上述燃料电池车辆通过上述摩擦制动***的摩擦制动力和因上述再生运转而产生的再生制动力处于制动中时,上述控制部推断滞留在上述燃料电池的内部的上述滞留水的量,并使用推断出上述滞留水的量来判断是否满足表示为是进行上述扫气处理的前阶段的扫气准备条件,在满足上述扫气准备条件时,执行使上述摩擦制动***的制动力的响应性提高的响应性提高处理,在上述响应性提高处理完成且推断出的上述滞留水的量增加并达到预先规定的基准值时,执行上述扫气处理。根据该方式的燃料电池车辆,当在基于再生摩擦协调制动的制动中满足扫气准备条件的情况下,通过在扫气处理之前执行响应性提高处理,能够提高摩擦制动力的响应性。因此,当在基于再生摩擦协调制动的制动中执行了扫气处理时,即便是燃料电池的发电量增大而再生制动的制动力暂时减少的情况,也能够以高的响应性使摩擦制动***的制动力增加,来使再生摩擦协调制动的制动力更稳定。
在上述方式的燃料电池车辆中,上述摩擦制动***可以具备:主缸,根据来自驾驶员的制动操作而产生工作流体的液压;轮缸,被传递上述工作流体的液压来对车轮赋予制动力;以及液压回路,在上述主缸与上述轮缸之间传递上述工作流体的液压,上述扫气处理是使比上述轮缸靠上述主缸侧的上述工作流体的液压亦即制动准备液压提高的处理。根据该方式的燃料电池车辆,通过提高传递中途的工作流体的压力亦即制动准备液压,能够提高摩擦制动***的制动力的响应性。
在上述方式的燃料电池车辆中,上述控制部可以推断滞留在上述燃料电池的内部的上述滞留水的量,并且导出上述滞留水的量的增加速度,在推断出的上述滞留水的量的基础上还使用所导出的上述滞留水的量的增加速度来判断是否满足上述扫气准备条件。根据该方式的燃料电池车辆,能够使是否需要进行响应性提高处理的判断的时机更合理化,提高在适当的时机执行响应性提高处理的精度。
在上述方式的燃料电池车辆中,在作为对上述蓄电装置进行充电的电力的上限而被规定的允许充电电力是在进行了上述扫气处理的情况下预测为上述燃料电池发出的扫气时发电电力与上述再生电力的总计以上时,上述控制部不执行上述响应性提高处理,在上述滞留水的量达到上述基准值时执行上述扫气处理。根据该方式的燃料电池车辆,通过在判断为不存在响应性提高处理的需要时不执行响应性提高处理,能够抑制因响应性提高处理的执行而引起的不良状况的产生。本发明还能够以燃料电池车辆以外的各种方式实现。例如,能够以燃料电池车辆的控制方法、搭载于燃料电池车辆的燃料电池的扫气方法等方式来实现。
附图说明
以下,参照附图对本发明的示例性实施例的特征、优点、技术及工业重要性进行说明,在附图中相同的附图标记表示相同的构成要素,其中:
图1是表示燃料电池车辆的简要结构的说明图。
图2是表示构成摩擦制动器的***的简要的说明图。
图3是示意性表示再生摩擦协调制动力的变化的样子的一个例子的说明图。
图4是表示进行了扫气处理的情况下的再生摩擦协调制动力的变化的例子的说明图。
图5是示意性表示燃料电池的IV特性与供给空气量的关系的说明图。
图6是表示制动时扫气控制处理例程的流程图。
图7是用于对执行扫气处理时的燃料电池车辆的状态进行说明的图。
图8是表示在扫气准备条件是否成立的判断中使用的映射的例子的说明图。
图9是表示制动时扫气控制处理例程的流程图。
具体实施方式
A.第一实施方式:
(A-1)车辆的整体结构:
图1是表示第一实施方式中的燃料电池车辆20的简要结构的说明图。燃料电池车辆20具备:包括燃料电池100和蓄电装置421的燃料电池***30、驱动马达40、摩擦制动器50、制动踏板80、加速踏板85以及控制部500。燃料电池车辆20根据加速踏板85的操作而被驱动,根据制动踏板80的操作而被制动。本实施方式的驱动马达40能够在执行对燃料电池车辆20进行驱动的牵引运转的牵引模式和执行产生再生电力来对燃料电池车辆20进行制动的再生运转的再生模式下动作。牵引模式时的驱动马达40通过从燃料电池***30接受电力的供给、使前轮FW与后轮RW中的至少一方旋转来驱动燃料电池车辆20。再生模式时的驱动马达40通过将燃料电池车辆20的动能转换为电力来对燃料电池车辆20进行制动。将再生模式时的驱动马达40的制动亦称为再生制动。本实施方式的燃料电池车辆20能够通过并用再生制动和摩擦制动器50而产生制动力的再生摩擦协调制动来进行制动。将摩擦制动器的制动力称为摩擦制动力,将基于再生制动的制动力称为再生制动力,将它们合在一起的再生摩擦协调制动的制动力称为再生摩擦协调制动力。
本实施方式的燃料电池***30具备燃料电池100、氢供排***200、空气供排***300以及电力供给***400。本实施方式的燃料电池100是固体高分子型的燃料电池,通过电化学反应来产生电动势。对于燃料电池100的反应气体而言,使用氢气作为燃料气体,使用空气作为氧化气体。燃料电池100具有多个单电池层叠而成的电池组构造,各个单电池彼此串联连接。各个单电池具备:膜电极接合体,在电解质膜的两面具有电极催化剂层;和一对隔板,夹持膜电极接合体。在阳极侧的膜电极接合体与隔板之间形成有能够供氢气流通的阳极流路。在阴极侧的膜电极接合体与隔板之间形成有能够供空气流通的阴极流路。
氢供排***200具备氢供给部210、氢循环部220以及氢排出部230。氢供给部210具备氢罐211、氢供给流路212、主止阀213、减压阀214以及喷射器215。氢罐211以高压的状态储藏用于向燃料电池100供给的氢气。氢供给流路212是将氢罐211与燃料电池100的阳极流路连接的流路。在氢供给流路212,从上游侧依次设置有主止阀213、减压阀214以及调节器。通过将主止阀213开阀,使得储藏于氢罐211的高压的氢气向氢供给流路212流动。高压的氢气在被减压阀214减压之后,根据燃料电池100的发电请求而从喷射器215向燃料电池100供给。
氢循环部220具备氢循环流路221和氢循环泵222。氢循环流路221是将燃料电池100的阳极流路与氢供给流路212中的比喷射器215靠下游侧的部分连接的流路。氢循环泵222设置于氢循环流路221。从燃料电池100排出的阳极废气所包含的未消耗的氢气被循环泵在氢循环流路221与燃料电池100的阳极流路之间循环。其中,阳极废气除了包括未消耗的氢气之外,还包括伴随着燃料电池100的发电的生成水、氮气,通过设置于氢循环流路221中的燃料电池100与循环泵之间的未图示的气液分离器将未消耗的氢气以及氮气与生成水分离。
氢排出部230具备氢排出流路231和排气排水阀232。氢排出流路231是将氢循环流路221中的燃料电池100与氢循环泵222之间和后述的空气排出流路321连接的流路。排气排水阀232设置于氢排出流路231,通过将排气排水阀232开阀,使得阳极废气经由空气排出流路321向大气排出。
空气供排***300具备空气供给部310和空气排出部320。在本实施方式中,将空气供排***300亦称为“气体供给部”。空气供给部310具备空气导入流路311、空气流量计312、空气压缩机313、分流阀314、空气供给流路315以及空气旁通流路316。空气导入流路311是与大气连通的流路,通过分流阀314与空气供给流路315和空气旁通流路316连接。在空气导入流路311中,从上游侧依次设置有空气流量计312、空气压缩机313以及分流阀314。空气流量计312是对被导入至空气导入流路311的空气的流量进行检测的传感器。空气压缩机313是用于向空气导入流路311导入空气并将导入的空气向燃料电池100压送的压缩机。本实施方式的空气压缩机313为涡轮压缩机。空气压缩机313并不局限于涡轮式压缩机,也可以是容积式压缩机。分流阀314能够根据开度来对向空气供给流路流动的空气的流量和向空气旁通流路316流动的空气的流量进行调节。空气供给流路315是将分流阀314与燃料电池100的阴极流路连接的流路。空气旁通流路316是将分流阀314与后述的空气排出流路321连接的流路。此外,空气旁通流路316也可以不与空气排出流路321连接而与大气连通。
空气排出部320具备空气排出流路321和调压阀322。空气排出流路321是与燃料电池100的阴极流路连接且与大气连通的流路。在空气排出流路321设置有调压阀322。通过调节调压阀322的开度,来调节燃料电池100的阴极流路内的空气的压力、由空气压缩机313排出的空气的流量。在空气排出流路321中的比调压阀322靠下游侧,从上游侧依次连接有上述的空气旁通流路316和氢排出流路231。从燃料电池100排出的阴极废气与从空气旁通流路316流入的空气、从氢排出流路231流入的阳极废气一同在空气排出流路321流动而向大气排出。
燃料电池***30具备未图示的制冷剂循环***。制冷剂循环***构成为对燃料电池100进行冷却了的制冷剂经由使制冷剂散热的散热器向燃料电池100循环。
电力供给***400具备升压转换器411、逆变器412、蓄电装置421、升降压转换器422、第一配线431以及第二配线432。燃料电池100、升压转换器411以及逆变器412通过第一配线431依次电连接。蓄电装置421、升降压转换器422、以及第一配线431中的升压转换器411与逆变器412之间通过第二配线432依次电连接。由燃料电池100发出的直流电力在被升压转换器411升压之后被逆变器412转换为三相交流电力而供给至驱动马达40。由蓄电装置421蓄积的直流电力在被升降压转换器422升压之后被逆变器412转换为三相交流电力而供给至驱动马达40。升降压转换器422构成为不仅能够将蓄积于蓄电装置421的电力升压,还能够将由燃料电池100发出的电力、再生模式时的由驱动马达40发出的电力降压。逆变器412不仅构成为能够从直流电力转换为交流电力,还构成为能够从交流电力转换为直流电力。
蓄电装置421能够对由燃料电池100发出的电力和再生模式时由驱动马达40发出的电力进行蓄积。将由燃料电池100发出的电力称为发电电力。将再生模式时由驱动马达40发出的电力称为再生电力。在本实施方式的燃料电池车辆20中,即便在没有来自驱动马达40的负载请求的再生模式时,燃料电池100也进行微弱的发电。关于再生模式时的微弱发电将后述。在再生模式时,通常,上述微弱发电的发电电力与再生电力总计的电力中的、将由搭载于燃料电池车辆20的各种辅机等消耗的电力减掉之后的残余的电力被蓄积于蓄电装置421。蓄积于蓄电装置421的电力能够为了对驱动马达40、燃料电池辅机、车辆辅机进行驱动而消耗。本实施方式的蓄电装置421是能够充放电的二次电池。作为二次电池,例如能够使用锂离子电池、镍氢电池等。此外,蓄电装置421也可以是二次电池以外的能够充放电的装置,例如能够为电容器。
摩擦制动器50是用于通过将燃料电池车辆20的动能转换为基于摩擦的热能来对燃料电池车辆20进行制动的减速装置。稍后将对具备摩擦制动器50的摩擦制动***的结构详细地进行说明。
控制部500被构成为具备CPU、存储器、供各部件连接的接口电路的计算机。控制部500基于从各种传感器取得的信息来控制燃料电池***30的发电,以牵引模式或再生模式来控制驱动马达40。如图1所示,控制部500的CPU作为功能模块具备制动控制部510以及扫气控制部520。
制动控制部510通过对构成摩擦制动***的后述的制动促动器2和再生模式时的驱动马达40进行控制来实现再生摩擦协调制动。制动控制部510恰当地设定根据来自驾驶员的制动请求而产生的再生摩擦协调制动力中的、摩擦制动器50的摩擦制动力与再生模式时的驱动马达40的再生制动力的比例。优选在燃料电池车辆20的制动时,只要允许将再生电力充电至蓄电装置421,则从再生制动力获得尽可能多的制动力,并通过摩擦制动力获得仅借助再生制动力对于来自驾驶员的制动请求不足的制动力。由此,可实现将再生电力充电至蓄电装置421带来的车辆整体的能效的提高,并能够提高确保再生摩擦协调制动力的效果。并且,本实施方式的制动控制部510执行后述的响应性提高处理。
扫气控制部520通过驱动空气压缩机313而对空气从空气压缩机313向燃料电池100的供给状态进行控制,来执行使滞留在燃料电池100的内部的滞留水向燃料电池100的外部排出的扫气处理。
此外,实现上述的功能的控制部500不需要构成为单一的控制部。例如,可以将制动控制部510、扫气控制部520、进行与负载请求对应的燃料电池100的发电控制的控制部、控制燃料电池车辆20的行驶的控制部、进行与行驶无关的车辆辅机的控制的控制部等中的至少一部分构成为独立的控制部,并在上述多个控制部间交换所需的信息。
(A-2)摩擦制动器的结构:
图2是表示具备本实施方式的摩擦制动器50的摩擦制动***51的简要的说明图。摩擦制动***51是液压控制式的制动装置,具备主缸13、增压器12、制动踏板80、储存罐14、左前轮轮缸FL、右前轮轮缸FR、左后轮轮缸RL、右后轮轮缸RR以及制动促动器2。其中,图1所示的摩擦制动器50与图2中的左前轮轮缸FL、右前轮轮缸FR、左后轮轮缸RL以及右后轮轮缸RR对应。
主缸13通过来自驾驶员的对于制动踏板80的制动操作而产生制动液的液压。如图2所示,在制动踏板80连接有增压器12,在该增压器12固定有主缸13。增压器12在主缸13中将输入至制动踏板80的压力(踏板踏力)转换为与制动踏板80的操作量对应的制动液压。将制动液亦称为工作流体。另外,将主缸13内的制动液压亦称为主缸压Pmc。在主缸13还设置有未图示的主缸泵,通过该主缸泵对主缸13内进行加压,来调节主缸压Pmc。在主缸13的上部设置有储存罐14,主缸13与储存罐14在制动踏板80的踩踏被解除时成为连通状态。
左前轮轮缸FL、右前轮轮缸FR、左后轮轮缸RL以及右后轮轮缸RR被设置为能够对各车轮(左前轮、右前轮、左后轮、右后轮)进行制动。各轮缸被传递制动液的液压来对各车轮赋予制动力。作为这些轮缸所构成的装置,能够使用鼓式、盘式等各种制动器装置。
制动促动器2被配置于主缸13与各轮缸之间,具备在主缸13与各轮缸之间传递制动液的液压的液压回路。在以下的说明中,在摩擦制动***51所具备的制动液的配管中,将主缸13侧亦称为上游侧,将轮缸侧亦称为下游侧。主缸13具备未图示的两个液压室,液压供给导管61、62分别从这些液压室延伸,在液压供给导管61、62各自的下游侧配置有调整阀95、96。调整阀95、96是用于调整流量的常开型的电磁阀,在通电时能够进行开度控制。调整阀95、96对作为上游侧的液压供给导管61、62与作为下游侧的后述的连结通路71、72之间的制动液压的压差进行调节。在液压供给导管61中的主缸13与调整阀95之间(比调整阀95靠上游侧)配置有用于检测管内的液压的主压传感器94。此外,用于检测比调整阀95靠上游侧的制动液压的主压传感器94也可以设置于主缸13。
在液压供给导管61经由调整阀95连接有连结通路71,在液压供给导管62经由调整阀96连接有连结通路72。在连结通路71配置有用于检测管内的液压的控制压传感器99。将控制压传感器99所检测的液压亦称为“制动准备液压”。连结通路71被分支为两个分支通路64、65,连结通路72被分支为两个分支通路63、66。分支通路64、65分别与右前轮轮缸FR、左后轮轮缸RL连接。另外,分支通路63、66分别与左前轮轮缸FL、右后轮轮缸RR连接。
在各分支通路64、65、63、66分别配置有电磁式保持阀97。电磁式保持阀97是用于调整流量的常开型的电磁阀,在通电时能够进行开度控制。另外,在分支通路64、65、63、66,从比电磁式保持阀97靠下游侧分支有液压排出通路73、74、75、76,该液压排出通路73、74、75、76与辅助储存部93连接。而且,在该液压排出通路73、74、75、76分别配置有电磁式减压阀98。电磁式减压阀98是用于调整流量的常闭型的电磁阀,在通电时能够进行开度控制。
从各连结通路71、72分支而设置有与辅助储存部93连接的泵通路77、78,在该泵通路77、78的中途配置有由泵马达91驱动的液压泵92。另外,从液压供给导管61、62分支而设置有与辅助储存部93连接的吸入通路53、54。
在使用了摩擦制动器50的制动时,制动控制部510驱动摩擦制动***51的各部。具体而言,制动控制部510取得未图示的制动踏板行程传感器检测到的踏板行程Sp和主压传感器94检测到的主缸压Pmc,并使用它们来控制调整阀95、96、电磁式保持阀97、电磁式减压阀98、泵马达91,调整轮缸FR、RL、FL、RR中的制动液压。
若驾驶员踩踏操作了制动踏板80,则在主缸13中产生主缸泵的辅助力与制动踏力合计的主缸压Pmc。制动控制部510基于制动踏板80的踏板行程Sp以及主缸压Pmc来检测驾驶员所请求的制动力,并且设定再生摩擦协调制动力中的摩擦制动力的比例以便取得驾驶员所请求的制动力作为再生摩擦协调制动力。而且,制动控制部510为了获得所设定的比例的摩擦制动力而驱动摩擦制动***51的各部。
(A-3)使用了再生摩擦协调制动的制动与扫气处理:
图3是示意性表示再生摩擦协调制动力的变化的样子的一个例子的说明图。横轴表示从开始基于再生摩擦协调制动的制动起至燃料电池车辆20停车为止的时间。纵轴表示再生摩擦协调制动力。如上所述,再生摩擦协调制动力是将摩擦制动力与再生制动力相加的制动力。图3表示不进行扫气处理的情况下的、再生制动力与摩擦制动力的变化的样子。
在进行基于再生摩擦协调制动的制动时,驱动马达40发电而产生再生电力,并且在燃料电池100中,产生基于后述的微弱发电的发电电力。对蓄电装置421规定了允许充电电力Win,制动控制部510以对于蓄电装置421的充电电力为允许充电电力Win以下的方式抑制再生电力。允许充电电力Win是被规定为蓄电装置421的充电电力的上限的值,且是表示蓄电装置421的充电性能的值。允许充电电力Win越大,则表示充电性能越高,表示能够充电越多的电力。允许充电电力Win是根据蓄电装置421的残存容量(SOC)和蓄电装置421的温度而规定的值,按每个燃料电池100预先规定允许充电电力Win与蓄电装置421的残存容量以及温度的关系,表示该关系的映射被预先存储于控制部500的存储器。控制部500从未图示的残存容量传感器取得蓄电装置421的残存容量,并且从未图示的温度传感器取得蓄电装置421的温度,通过参照上述映射来取得允许充电电力Win。在再生模式时,当预测为燃料电池100的微弱发电的发电电力与再生电力总计的电力中的、将由搭载于燃料电池车辆20的各种辅机等消耗的电力减掉之后的残余的电力超过允许充电电力Win的情况下,制动控制部510减少再生电力而抑制再生制动力以使上述残余的电力成为允许充电电力Win以下。
图4是示意性表示在是基于再生摩擦协调制动的制动中、即通过摩擦制动力与再生制动力对燃料电池车辆20的制动中时进行了扫气处理的情况下的再生摩擦协调制动力的变化的一个例子的说明图。本申请发明人们新发现了:当在基于再生摩擦协调制动的制动中进行了扫气处理时,存在再生制动力暂时减少的情况。产生这样的现象的理由可如以下那样考虑。
在对基于再生摩擦协调制动的制动中进行了扫气处理时的动作进行说明之前,首先对车辆制动时的燃料电池100的状态进行说明。在车辆制动时,燃料电池车辆20处于行驶中,但加速器开度为零。在本实施方式的燃料电池车辆20中,在这样的车辆制动时对于燃料电池100的请求电力为零,从空气压缩机313对于燃料电池100的空气的供给停止。在车辆行驶中成为加速器断开,即便空气压缩机313停止,在燃料电池100内也残留有空气。这样,若以在燃料电池100内残留空气的状态停止燃料电池100的发电,则阴极电位会变得极高。若阴极电位过度上升,则电极催化剂的劣化加剧。因此,在本实施方式中,当在车辆制动时停止空气的供给时,将燃料电池100的输出电压的上限设定成被预先规定为能够允许的电压的高电位规避电压VFC,通过从燃料电池100引出微弱的电流,来抑制阴极电位的过度的上升。将在车辆制动时以高电位规避电压VFC为上限电压并引出微弱的电流的燃料电池100的发电亦称为“微弱发电”。在开始了微弱发电之后,在燃料电池100内某种程度残留有空气的期间,燃料电池100的输出电压被维持为高电位规避电压VFC。将通过微弱发电而产生的电力中的在燃料电池车辆20未被消耗的电力充电至蓄电装置421。
图5是示意性表示燃料电池100的IV特性与供给空气量的关系的说明图。燃料电池的IV特性因各种因素而变化,作为一个例子,根据被供给的反应气体量而变化。在图5中,示出了燃料气体的供给量充足、使氧化气体亦即空气的供给量不同的情况下的IV特性。在图5中,作为表示燃料电池100的IV特性的曲线,示出了A1~A4的4个曲线,按照A1、A2、A3、A4的顺序,供给空气量即供给氧量变少。根据图5可知,即便燃料电池100的输出电压例如为相同的高电位规避电压VFC,供给至燃料电池100的氧量越少,则输出电流(I1~I4)也越小,其结果是,输出电力也变小。
若在停止了空气压缩机313对空气的供给之后进行上述的微弱发电,则伴随着发电而消耗氧,使得燃料电池100内的氧量减少。其结果是,若输出电压相同,则从燃料电池100输出的电流逐渐减少。若开始微弱发电,则由于通常燃料电池100的输出电压成为作为上限的高电位规避电压VFC,所以如使用图4说明那样,燃料电池100的输出电流从I1起逐渐减少。即便是这样的微弱发电,也伴随着发电而在燃料电池100内产生生成水。因此,即便在没有来自驱动马达40的负载请求的车辆制动时,燃料电池100内的滞留水也逐渐增加,存在需要进行扫气处理的情况。
接下来,对在这样的车辆制动时以进行微弱发电的状态执行扫气处理时的动作进行说明。若在车辆制动时以进行微弱发电的状态执行扫气处理,则输出电流会伴随着从空气压缩机313供给的空气量的增大而急剧增大。这是因为由于燃料电池100的输出电压的上限值被设定为高电位规避电压VFC,所以从燃料电池100引出的电流值被控制部500调节为在被供给的空气量增大时燃料电池100的输出电压不超过上述上限值。若因在进行微弱发电时执行扫气处理而使发电电力与燃料电池100的输出电流的增加一同增加,则存在为了充电而供给至蓄电装置421的供给电力超过蓄电装置421的允许充电电力的情况。这是因为为了充电而供给至蓄电装置421的供给电力除了包括再生电力之外,还会包括燃料电池100的发电电力。在上述供给电力超过允许充电电力Win的情况下,为了避免蓄电装置421成为过充电的不良状况,制动控制部510以上述供给电力不超过允许充电电力Win的方式削减再生电力。若削减再生电力,则燃料电池车辆20中的再生制动力也减少。在图4中,示出了在扫气处理的执行时再生制动力因燃料电池100的发电电力的增加而减少的样子。
这样,在再生制动力减少时,制动控制部510使摩擦制动力增加,来补偿再生制动力的减少量。然而,由于摩擦制动力的响应性比再生制动力的响应性低,所以期望使再生摩擦协调制动力更稳定。
(A-4)使用再生摩擦协调制动时的扫气处理所涉及的控制:
图6是表示由燃料电池车辆20的控制部500执行的制动时扫气控制处理例程的流程图。在为了使燃料电池车辆20能够行驶而被输入了使燃料电池***30启动的指示时,具体而言,在由驾驶员按压了开始开关(未图示)时起动本例程,并反复执行直至被输入停止的指示为止(例如直至开始开关断开为止)。
若起动图6的制动时扫气控制处理例程,则控制部500的CPU对燃料电池车辆20是否处于使用了再生摩擦协调制动的制动中进行判断(步骤S100)。若判断为不处于使用了再生摩擦协调制动的制动中(步骤S100:否),则控制部500的CPU结束本例程。
若判断为处于使用了再生摩擦协调制动的制动中(步骤S100:是),控制部500的CPU取得滞留在燃料电池100内的滞留水量的推断值(步骤S110)。控制部500在本例程的运转中总是推断滞留在燃料电池100内的滞留水量,在步骤S110中,取得当前的滞留水量的推断值。在本实施方式中,检测燃料电池100的输出电流并计算累计输出电流,将使用该累计输出电流在理论上计算的生成水量作为在步骤S110取得的滞留水量的推断值。
若在步骤S110取得了滞留水量的推断值,则控制部500的CPU使用所取得的滞留水量的推断值来对是否满足扫气准备条件进行判断(步骤S120)。扫气准备条件是表示处于扫气处理的前阶段的条件,被预先规定为是否进行在扫气处理之前进行的响应性提高处理的判断基准。在本实施方式中,当滞留水量逐渐增加并判断为达到了预先规定的扫气请求阈值时,执行扫气处理。该扫气请求阈值亦称为“基准值”。上述的扫气准备条件是指滞留水量在达到上述扫气请求阈值之前达到作为比扫气请求阈值小的值而预先规定的扫气准备阈值。在步骤S120中,当滞留水量成为扫气准备阈值以上时,判断为满足扫气准备条件。若判断为不满足扫气准备条件(步骤S120:否),则控制部500的CPU结束本例程。
若在步骤S120中判断为满足扫气准备条件(步骤S120:是),则控制部500的CPU开始响应性提高处理(步骤S130)。响应性提高处理是用于提高摩擦制动器的制动力的响应性的处理。在本实施方式中,响应性提高处理作为提高制动液的流路中的制动液的压力而不变更在燃料电池车辆20发挥的制动力中的摩擦制动力的比例所涉及的控制的处理来执行。具体而言,作为响应性提高处理,进行使摩擦制动***51的泵马达91的输出增加来提高液压泵92的加压力的控制。为了使泵马达91的输出增加,只要使泵马达91动作时的电压与电流中的至少一方增加即可,实现为液压泵92中的转矩、转速的增加。此时,在制动促动器2中,通过控制调整阀95、96、电磁式保持阀97、电磁式减压阀98,来在步骤S130中的响应性提高处理的执行的前后维持在燃料电池车辆20发挥的制动力中的摩擦制动力的比例的控制的状态。
若在步骤S130中开始响应性提高处理,则控制部500的CPU对响应性提高处理是否完成进行判断(步骤S140)。取得控制压传感器99的检测信号来进行步骤S140中的判断。若控制压传感器99检测到的制动准备液压上升至预先规定的扫气准备液压阈值,则控制部500的CPU判断为响应性提高处理完成。控制部500的CPU执行响应性提高处理并重复步骤S140的判断,直至在步骤S140中判断为响应性提高处理完成为止。
若在步骤S140中判断为响应性提高处理完成(步骤S140:是),则控制部500的CPU取得滞留在燃料电池100内的滞留水量的推断值(步骤S150)。然后,对所取得的滞留水量是否成为作为基准值的扫气请求阈值以上进行判断(步骤S160)。控制部500重复步骤S150以及步骤S160的动作,直至在步骤S160中判断为滞留水量为基准值以上为止。
若在步骤S160中判断为滞留水量为作为基准值的扫气请求阈值以上(步骤S160:是),则控制部500的CPU执行扫气处理(步骤S170)。然后,控制部500的CPU将滞留在燃料电池100内的滞留水量的推断值复位(步骤S180),结束本例程。复位之后的滞留水量的推断值的初始值例如能够为零。或者,作为滞留水量的初始值,可以设定比零大且更接近在扫气处理后残留于燃料电池100内的水的量的值。
图7是用于对在再生摩擦协调制动使用时执行扫气处理之际的燃料电池车辆20的状态进行说明的图。在图7中,时刻A表示燃料电池100内的滞留水量增加而使得滞留水量的推断值达到了扫气准备阈值的时刻。此时,在控制部500中,如图7所示,扫气准备标志变为有效,开始通过泵马达91的输出增加来使制动准备液压上升的动作。
图7中的时刻B表示燃料电池100内的滞留水量的推断值进一步增加而达到扫气请求阈值的时刻。此时,在控制部500中,如图7所示,扫气请求标志变为有效。然而,在图7的例子中,由于在时刻B,制动准备液压未上升至扫气准备液压阈值,响应性提高处理未完成,所以不进行扫气处理。因此,在图7的例子中,在时刻B之后滞留水量也增加。
在图7的例子中,在时刻C,制动准备液压达到扫气准备液压阈值,响应性提高处理完成。此时在控制部500中,扫气允许标志变为接通,开始扫气处理。扫气处理进行至时刻D为止,在时刻D,扫气准备标志、扫气请求标志以及扫气允许标志变为无效,提高制动准备液压的动作被解除,控制部500对滞留水量的推断值被复位成复位阈值。
滞留水量达到用于执行扫气处理的基准值的时机也存在如图7所示那样为响应性提高处理完成前的情况,另外,也存在为响应性提高处理的完成以后的情况。在本实施方式中,如图6所示,在响应性提高处理完成且滞留水量达到基准值时、即响应性提高处理完成且扫气请求标志变为有效时,扫气允许标志变为有效,执行扫气处理。由此,在扫气处理的执行时,总是成为制动准备液压提高了的状态。
其中,在图6的制动时扫气控制处理例程的执行中,当因踩踏加速踏板85等而解除了制动状态时,上述例程因中断处理而结束。
根据如以上那样构成的本实施方式的燃料电池车辆20,在基于再生摩擦协调制动的制动中,在满足扫气准备条件的情况下,通过在扫气处理之前执行响应性提高处理,而提高了摩擦制动力的响应性。因此,当在基于再生摩擦协调制动的制动中执行了扫气处理时,即便是燃料电池的发电量增大而再生制动的制动力暂时减少的情况,也能够使再生摩擦协调制动的制动力更稳定。
在不像本实施方式那样进行响应性提高处理而在再生摩擦协调制动的使用中进行了扫气处理的情况下,当如已叙述那样因允许充电电力Win不足而抑制了再生制动力时,进行使摩擦制动力增大的控制。在这样使摩擦制动力增大时,在摩擦制动***51中,提高制动准备液压并且进行通过控制调整阀95、96、电磁式保持阀97以及电磁式减压阀98来提高轮缸FR、RL、FL、RR中的制动液压而使制动力增加的控制。然而,如提高制动准备液压的动作那样使流体的压力上升的动作与电磁阀的切换动作相比响应性低,在使制动力增加的动作中流体的压力的上升可能成为限速。在本实施方式中,执行响应性提高处理来抑制摩擦制动器的制动力的比例所涉及的控制的变更,并提高制动准备液压。因此,当在响应性提高处理完成后执行扫气处理时,会抑制使流体的压力上升的动作成为限速这一情况,通过上述电磁阀的控制能够以高的响应性使摩擦制动力增加。只要考虑通过预先提高制动准备液压而能够实现的摩擦制动力的响应性、与通过在基于再生摩擦协调制动的制动中进行扫气处理而预测的再生制动力的降低量的最大值等来恰当地设定扫气准备液压阈值即可。
这里,由于越提高制动准备液压,则摩擦制动力的响应性越高,所以还可考虑将制动准备液压总是维持为高的等级的方案。然而,若提高制动准备液压,则摩擦制动***的响应性过度提高,因此可能产生制动力的控制变得不稳定等不良状况。在本实施方式中,由当满足扫气准备条件时、即当判断为需要制动准备液压的上升时使制动准备液压上升,所以能够确保再生摩擦协调制动力,并抑制上述不良状况的产生。
在上述说明中,在响应性提高处理中,使用了设置于连结通路71的控制压传感器99的检测值作为制动准备液压,但也可以成为不同的结构。制动准备液压只要是比轮缸靠主缸侧的工作流体的压力即可。即,只要是根据来自驾驶员的制动操作对在主缸13产生的工作流体的压力进行调整并向轮缸传递的过程中的工作流体的压力即可。例如,可以将制动准备液压作为主缸压Pmc,通过利用设置于主缸13的主缸泵对主缸13内进行加压来执行响应性提高处理。
B.第二实施方式:
在第一实施方式中,在步骤S120中基于滞留水量进行了是否满足扫气准备条件的判断,但也可以在滞留水量的基础上还使用滞留水量的增加速度来进行是否满足扫气准备条件的判断。以下,将这样的动作作为第二实施方式来进行说明。由于第二实施方式的燃料电池车辆20具有与第一实施方式同样的结构,所以对与第一实施方式共通的部分标注相同的参照编号。
在本实施方式中,控制部500的CPU在图6的步骤S110中取得滞留水量,并且导出滞留水量的增加速度。然后,在步骤S120中,使用上述的滞留水量与滞留水量的增加速度对是否满足扫气准备条件进行判断。例如通过使用所取得的滞留水量的最新的值与上次取得的滞留水量的值计算每单位时间的滞留水量的增加速度来获得滞留水量的增加速度。
在燃料电池车辆20中,如图7所示,当滞留水量变为作为基准值的扫气请求阈值以上时,判断为应该进行扫气处理。在再生摩擦协调制动中的燃料电池车辆20中,滞留水量增加至扫气准备阈值之后进一步增加至扫气请求阈值为止所需的时间根据燃料电池车辆20的运转状态等而各种变化。例如,在已叙述过的基于微弱发电的发电电力比较少时,由于伴随着发电而产生的生成水量也比较少,所以存在在滞留水量超过扫气准备阈值之后进一步增加至扫气请求阈值为止需要很长的时间的情况。另外,在基于微弱发电的发电电力比较少时,还可能存在在滞留水量超过扫气准备阈值之后不进一步增加至扫气请求阈值、车辆停止的情况。在这样的情况下,无法获得进行响应性提高处理带来的利益,可能仅产生与响应性提高处理的执行相伴的控制的不稳定化等已叙述过的不良状况。
与此相对,例如在已叙述过的基于微弱发电的发电电力比较多时,由于伴随着发电而产生的生成水量也比较多,所以存在在滞留水量超过扫气准备阈值之后进一步增加至扫气请求阈值为止的时间比较短的情况。在这样的情况下,存在滞留水量在响应性提高处理完成之前增加为超过扫气请求阈值、变得能够执行扫气处理时的滞留水量成为大幅超过扫气请求阈值的状态的可能性。
图8是表示为了使用滞留水量与滞留水量的增加速度来进行扫气准备条件是否成立、即扫气准备标志是否成为有效的判断而使用的映射的一个例子的说明图。在本实施方式中,如图8所示,滞留水量越多,另外,滞留水量增加速度越大,则扫气准备条件越容易成立。只要考虑扫气基准阈值与扫气请求阈值之差的大小、在基于再生摩擦协调制动的制动时燃料电池100进行微弱发电之际在燃料电池100产生生成水的速度的最大值、最小值等来适当地设定这样的映射即可。在图8所示的映射中,在扫气准备标志的有效条件与无效条件之间设置有滞后。其中,图8的映射中还一并示出了作为无论滞留水量的增加速度如何滞留水扫气请求标志都成为有效的条件的滞留水量的值。
若成为这样的结构,则能够将是否需要进行响应性提高处理的判断的时机更合理化,提高在适当的时机执行响应性提高处理的精度。即,在滞留水量的增加速度小时,通过将扫气准备阈值设定得更大来进行响应性提高处理,能够抑制因过度的响应性提高处理的执行而引起的已叙述过的不良状况。另外,在滞留水量的增加速度大时,通过将扫气准备阈值设定得更小来进行响应性提高处理,能够抑制滞留水量在扫气处理的执行之前变得过度。
C.第三实施方式:
在上述第一实施方式以及第二实施方式中,当滞留水量增加至扫气准备阈值时进行了响应性提高处理,但例如当判断为即便在再生摩擦协调制动中进行扫气处理也不产生图4中说明那样的再生制动力的暂时减少时,可以不进行响应性提高处理。以下将这样的结构作为第三实施方式进行说明。
图9是表示在第三实施方式的燃料电池车辆20中代替图4所示的第一实施方式的制动时扫气控制处理例程而执行的制动时扫气控制处理例程的流程图。由于第三实施方式的燃料电池车辆20具有与第一实施方式同样的结构,所以对与第一实施方式共通的部分标注相同的参照编号。另外,在图9中,对与图4共通的工序标注相同的步骤编号。以下,以与第一实施例不同的动作为中心来进行说明。
若起动本例程并在步骤S100中判断为再生摩擦协调制动处于使用中(步骤S100:是),控制部500的CPU取得允许充电电力Win(步骤S102)。允许充电电力Win是被规定为蓄电装置421的充电电力的上限的值,且是表示蓄电装置421的充电性能的值。允许充电电力Win越大,则表示充电性能越高,表示为能够充电越多的电力。允许充电电力Win是根据蓄电装置421的残存容量(SOC)与蓄电装置421的温度而规定的值,按每个燃料电池100预先规定了允许充电电力Win与蓄电装置421的残存容量以及温度的关系,表示该关系的映射被预先存储于控制部500的存储器。控制部500从未图示的残存容量传感器取得蓄电装置421的残存容量,并且从未图示的温度传感器取得蓄电装置421的温度,通过参照上述映射来取得允许充电电力Win。
若在步骤S102中取得允许充电电力Win,则控制部500的CPU对燃料电池100中的扫气时发电电力Ws以及在燃料电池100产生的再生电力Wr的总计与允许充电电力Win比较(步骤S104)。扫气时发电电力Ws是在基于再生摩擦协调制动的制动时燃料电池100进行微弱发电时进行了扫气处理的情况下预测为燃料电池100所发出的电力。在基于再生摩擦协调制动的制动时的微弱发电中,燃料电池100的输出电压如已叙述过那样被维持为预先规定的高电位规避电压VFC。由于扫气处理时的条件、即扫气处理时供给至燃料电池100的氧化气体量被预先规定,所以能够预先预测因在再生摩擦协调制动的使用中进行扫气处理而在燃料电池100产生的电力亦即扫气时发电电力Ws。在本实施方式中,扫气时发电电力Ws被预先存储于控制部500内的存储器。此外,燃料电池100的发电量除了受到被供给的氧化气体量的影响之外,还受到燃料电池100内的湿润状态等的影响。因此,可以还考虑对上述湿润状态造成影响的燃料电池100的温度等来设定扫气时发电电力Ws的值。
若在步骤S104中判断为允许充电电力Win为扫气时发电电力Ws以及再生电力Wr的总计以上(步骤S104:是),则控制部500的CPU移至步骤S150,取得滞留水量。然后,若滞留水量增加而达到作为基准值的扫气请求阈值,则执行扫气处理(步骤S170),将滞留水量复位(步骤S180),结束本例程。在步骤S140中,当允许充电电力Win为扫气时发电电力Ws以及再生电力Wr的总计以上时,可认为即便进行扫气处理也能够将燃料电池100因扫气处理而发出的电力的全部充电至蓄电装置421。在这样的情况下,可认为即便进行扫气处理,再生制动力也不会如图4所示那样暂时减少。因此,由于可认为不需要进行响应性提高处理,所以不执行响应性提高处理所涉及的步骤S110~步骤S140的处理而执行步骤S150以后的扫气处理所涉及的处理。
若在步骤S104中判断为扫气时发电电力Ws以及再生电力Wr的总计大于允许充电电力Win(步骤S104:否),则控制部500的CPU执行响应性提高处理所涉及的已叙述过的步骤S110以后的处理。
若成为这样的结构,则在判断为不会伴随着扫气处理而暂时产生再生制动力降低的状态时,不进行响应性提高处理而执行扫气处理。因此,在不需要响应性提高处理时,能够抑制因响应性提高处理的执行而导致控制变得不稳定等已叙述过的不良状况的产生。
D.其他实施方式:
(D1)在上述的各实施方式的燃料电池车辆20中,在基于再生摩擦协调制动的制动中,停止空气压缩机313的空气的供给,并且将燃料电池100的上限电压维持为高电位规避电压VFC并引出电流,由此使燃料电池100发电,但也可以进行不同的控制。例如,在基于再生摩擦协调制动的制动中,若在抑制而不停止向燃料电池100供给的氧化气体量且设定燃料电池100的上限电压并引出电流的状态下进行扫气处理,则燃料电池100的发电电力可能因供给氧化气体量的增大而增大。这样,在燃料电池100的发电电力可能伴随着基于再生摩擦协调制动的制动中的扫气处理而增大的情况下,通过在扫气处理的执行之前执行响应性提高处理所涉及的已叙述过的动作,能够获得与实施方式同样的效果。
(D2)在上述的各实施方式的燃料电池车辆20中,在响应性提高处理中执行提高制动准备液压的控制,但也可以仅将使用于使制动准备液压上升的泵的驱动量增加的处理作为响应性提高处理。例如,在摩擦制动***51中,存在即便使泵马达91的驱动量增大,作为其结果,液压泵92的驱动量(液压泵92中的转矩、转速)也增大,进而到液压泵92的加压力提高为止需要时间的情况。在这样的情况下,例如只要将使泵马达91的驱动量增大(使驱动电压、驱动电流增大)的处理作为响应性提高处理即可。此时,例如在泵马达91的驱动电压以及驱动电流中的至少一方达到预先规定的基准值时,能够判断为响应性提高处理完成。响应性提高处理只要是提高摩擦制动***51的制动力的响应性的处理即可。
(D3)在上述的各实施方式的燃料电池车辆20中,扫气控制部520在阴极侧流路执行扫气处理,但也可以成为不同的结构。即,可以在阳极侧流路进行扫气处理,并在该阳极侧流路所涉及的扫气处理之前执行响应性提高处理所涉及的同样的动作。此时,将氢供排***200亦称为气体供给部。扫气控制部520例如通过驱动控制氢循环泵222,能够使滞留在燃料电池100内的滞留水向燃料电池100外排出。另外,也可以通过驱动控制喷射器215来使滞留在燃料电池100内的滞留水向燃料电池100外排出。在基于再生摩擦协调制动的制动时,当燃料电池100的发电量可能因阳极流路侧的扫气处理而增大的情况下,通过在扫气处理之前执行与实施方式同样的响应性提高处理,能够获得与实施方式同样的效果。
本发明并不局限于上述的实施方式,在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如,与发明内容一栏中记载的各方式中的技术特征对应的实施方式的技术特征能够为了解决上述课题的一部分或全部、或者为了实现上述效果的一部分或全部而适当地进行替换、组合。另外,只要该技术特征在本说明书中未被说明为必需的技术特征,则能够适当地删除。
Claims (5)
1.一种燃料电池车辆,其中,具备:
燃料电池;
气体供给部,向所述燃料电池供给反应气体;
摩擦制动***,对所述燃料电池车辆进行制动;
驱动马达,执行驱动所述燃料电池车辆的牵引运转和产生再生电力来对所述燃料电池车辆进行制动的再生运转;
蓄电装置,对所述燃料电池发出的电力和在再生运转时所述驱动马达产生的所述再生电力进行蓄积;以及
控制部,执行通过驱动所述摩擦制动***和所述驱动马达并使用所述摩擦制动***的摩擦制动力和因所述驱动马达进行再生运转而产生的再生制动力来获得被请求的制动力的控制、和用于进行驱动所述气体供给部来使滞留在所述燃料电池的内部的滞留水向所述燃料电池的外部排出的扫气处理的控制,
在所述燃料电池车辆通过所述摩擦制动***的摩擦制动力和因所述再生运转而产生的再生制动力处于制动中时,所述控制部推断滞留在所述燃料电池的内部的所述滞留水的量,并使用推断出的所述滞留水的量来判断是否满足表示为是进行所述扫气处理的前阶段的扫气准备条件,
在满足所述扫气准备条件时,所述控制部执行使所述摩擦制动***的制动力的响应性提高的响应性提高处理,
在所述响应性提高处理完成且推断出的所述滞留水的量增加并达到了预先规定的基准值时,所述控制部执行所述扫气处理。
2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆,其中,
所述摩擦制动***具备:主缸,根据来自驾驶员的制动操作而产生工作流体的液压;轮缸,被传递所述工作流体的液压来对车轮赋予制动力;以及液压回路,在所述主缸与所述轮缸之间传递所述工作流体的液压,
所述扫气处理是使比所述轮缸靠所述主缸侧的所述工作流体的液压亦即制动准备液压提高的处理。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池车辆,其中,
所述控制部推断滞留在所述燃料电池的内部的所述滞留水的量,并且导出所述滞留水的量的增加速度,
所述控制部在推断出的所述滞留水的量的基础上还使用所导出的所述滞留水的量的增加速度来判断是否满足所述扫气准备条件。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的燃料电池车辆,其中,
在作为对所述蓄电装置进行充电的电力的上限而被规定的允许充电电力是在进行了所述扫气处理的情况下预测为所述燃料电池发出的扫气时发电电力与所述再生电力的总计以上时,所述控制部不执行所述响应性提高处理,在所述滞留水的量达到所述基准值时执行所述扫气处理。
5.一种燃料电池车辆的控制方法,其中,
所述燃料电池车辆具备:
燃料电池;
气体供给部,向所述燃料电池供给反应气体;
摩擦制动***,对所述燃料电池车辆进行制动;
驱动马达,执行驱动所述燃料电池车辆的牵引运转和产生再生电力来对所述燃料电池车辆进行制动的再生运转;以及
蓄电装置,对所述燃料电池发出的电力和在再生运转时所述驱动马达产生的所述再生电力进行蓄积,
在执行通过驱动所述摩擦制动***和所述驱动马达并使用所述摩擦制动***的摩擦制动力和因所述驱动马达进行再生运转而产生的再生制动力来获得被请求的制动力的控制、和用于进行驱动所述气体供给部来使滞留在所述燃料电池的内部的滞留水向所述燃料电池的外部排出的扫气处理的控制时,当所述燃料电池车辆通过所述摩擦制动***的摩擦制动力和因所述再生运转而产生的再生制动力处于制动中时,推断滞留在所述燃料电池的内部的所述滞留水的量,并使用推断出的所述滞留水的量来判断是否满足表示为是进行所述扫气处理的前阶段的扫气准备条件,
在满足所述扫气准备条件时,执行使所述摩擦制动***的制动力的响应性提高的响应性提高处理,
在执行了所述响应性提高处理之后,当推断出的所述滞留水的量增加并达到了预先规定的基准值时,执行所述扫气处理。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20201027 |