燃料电池车辆的制作方法

专利名称：燃料电池车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用燃料电池和蓄电装置来驱动行驶电动机的燃料电池车辆。
背景技术：
使用燃料电池和蓄电池来驱动行驶电动机的燃料电池车辆是公知的(美国特许申请公开第 2009/0105895 号(以下称为“US 2009/0105895A1 ”。)、日本特开 2009-046020号公报(以下称为“JP 2009-046020A”。))。在US 2009/0105895A1中，在加速器开度的变化率AAcc大时，增大蓄电池辅助(assist)量，且在变化率AAcc小时，减小蓄电池辅助量(说明书摘要)。直到行驶要求功率Pdr*和燃料电池的输出Pfc之间的差分Λ P实质上成为零为止都持续基于变化率AAcc的蓄电池辅助量的调整(图3的S150、S155、S190)。另外，在US 2009/0105895A1中，与通·常模式的情况比较，在选择了赛车模式时，增大蓄电池辅助量，而在选择了节能模式时，减小蓄电池辅助量(说明书摘要、图8)。另外，在JP 2009-046020A中，为了抑制爬坡时的燃料电池的温度上升，在燃料电池6的温度为阈值以上时，使空调装置21的输出减少。由此，通过减少来自在燃料电池6的散热器9的前方所配置的空调装置21的电容器22的散热量，来提高散热器9的冷却效率(说明书摘要)。如上所述，在US 2009/0105895A1中，对应于加速器开度变化率Λ Acc或行驶模式来调整了蓄电池辅助量，但针对在长距离爬坡时(特别是在高速爬坡时)的蓄电池辅助量(来自蓄电池的输出)未作任何探讨。假如在长距离爬坡时应用US 2009/0105895Α1的控制，在行驶要求功率I3Dr*和燃料电池的输出Pfc之间的差分ΛΡ实质上不为零的状态发生持续的情况下，存在有蓄电池辅助量大的状态持续从而蓄电池的剩余容量变得用尽的风险。针对该点，JP 2009-046020A也未作任何记载。

发明内容
本发明考虑到这样的课题而提出，其目的在于，提供一种能将来自在高速爬坡时的蓄电装置的辅助设为优选的辅助的燃料电池车辆。本发明所涉及的燃料电池车辆具备行驶电动机；燃料电池，其对所述行驶电动机供应电力；蓄电装置，其既能对所述行驶电动机供应电力，又能以所述行驶电动机的再生电力或所述燃料电池的发电电力进行充电；和电力分配装置，其对所述燃料电池的发电电力、所述蓄电装置的输出电力、所述行驶电动机的再生电力的供应目的地进行控制；所述燃料电池车辆还具备长距离爬坡探测单元，其探测由所述燃料电池车辆进行的长距离爬坡；和控制单元，其进行控制，使得在由所述长距离爬坡探测单元探测出所述长距离爬坡的情况下，与探测到该长距离爬坡前相比较，使所述燃料电池的输出配给量变大。根据本发明，进行控制使得在探测出长距离爬坡的情况下，较之于探测到该长距离爬坡前，使燃料电池的输出配给量变大。因此，由于蓄电装置的输出配给量相对减少，故而在由燃料电池车辆进行的长距离爬坡中，能防止蓄电装置的剩余容量(SOC)因大输出放电而提早下降从而蓄电装置的辅助提早变得不能进行。也可以是，所述燃料电池车辆还具备冷却装置，其通过冷媒来冷却所述燃料电池，在由所述长距离爬坡探测单元探测出所述长距离爬坡的情况下，对应于所述燃料电池的温度的上升来限制空气调节器的输出。由此，通过在燃料电池车辆处于长距离爬坡中时限制空气调节器的输出，能使剩余电力利用于行驶电动机的输出。在此基础上，例如，在来自空气调节器的热量使燃料电池或冷媒的温度上升的情况下，或还将燃料电池的冷媒用于空气调节器的冷却的情况下，通过空气调节器的输出限制来抑制空气调节器的发热，从而即使在燃料电池的输出上升的情况下，也能良好地保护燃料电池不受热量侵害，进而能防止因燃料电池的过热而导致的燃料电池的输出以及效率的下降。也可以在将所述蓄电装置设为蓄电池的情况下，设定进行所述燃料电池的发电的所述蓄电池的剩余容量(SOC)的上限值，当所述剩余容量超过所述上限值时，不进行所述燃料电池的发电，在由所述长距离爬坡探测单元探测出所述长距离爬坡的情况下，提高所述剩余容量的上限值。由此，在长距离爬坡中即使蓄电池的SOC高，也能使燃料电池发电。·因此，即使长距离爬坡所要求的负载高的状态持续，燃料电池的输出也能良好地跟随负载而变化，故而能防止因SOC提早下降从而基于蓄电池的辅助提早变得不能进行。也可以对应于所述剩余容量来设定所述燃料电池的输出上限值，在由所述长距离爬坡探测单元探测出所述长距离爬坡的情况下，在所述剩余容量低的区域，较之于未探测出所述长距离爬坡的情况，在探测出所述长距离爬坡的情况下，降低所述燃料电池的输出上限值。由此，能抑制燃料电池的过热，从而维持驾驶性能。S卩，根据本发明，除了紧挨长距离爬坡开始后不久蓄电池的SOC低的情况以外，在长距离爬坡时(特别在高速爬坡时)存在SOC逐渐下降的可能性。在增大(开放)长距离爬坡中的燃料电池的输出限制值的情况下，认为到SOC变低之前燃料电池都因发电而处于过热状态(由于燃料电池的发热与发电电流的平方成正比，因此电流值越高，燃料电池的发热量就越增加。)。而且，在燃料电池成为了过热状态的情况下，存在需要采取极大地限制燃料电池的发电、或停止燃料电池的发电的举措的可能性。在需要这样的举措的情况下，会产生在爬坡的中途驾驶性能会恶化的风险。为此，在SOC低的区域中，在探测出长距离爬坡的情况下，降低燃料电池的输出限制值。由此，即使在长距离爬坡持续时，也能抑制燃料电池的过热，从而能维持驾驶性能。此外，若在发电效率低的状态下增大燃料电池的输出，则燃料气体的消耗也会变快。因此，根据上述构成，能抑制在长距离爬坡时的燃料气体的消耗量，从而防止燃料气体的过度使用。通过与附图配套的下面的优选实施例的说明，上述目的以及其他目的、特征以及优点将更加明确。


图I是本发明的一实施方式所涉及的燃料电池车辆的概略构成图。图2是表示所述实施方式中的DC/DC转换器的细节的图。图3是电子控制装置(ECU)中的基本的控制的流程图。
图4是计算系统负载的流程图(图3的S2的细节)。图5是表示当前的电动机转速和电动机预计消耗电力的关系的图。图6是设定空调电力限制值和FC输出上限值的流程图。图7是表示对蓄电池的SOC和所述FC输出上限值的关系进行制约的FC输出上限值表的图。图8是表示对燃料电池用冷却水的温度和空调限制校正值的关系进行规定的空调限制校正值表的图。图9是表示所述实施方式所涉及的电力系统的第I变形例的概略构成的框图。图10是表示所述实施方式所涉及的电力系统的第2变形例的概略构成的框图。
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图11是表示所述实施方式所涉及的电力系统的第3变形例的概略构成的框图。图12是表示图7的FC输出上限值表的变形例的图。
具体实施例方式I.整体的构成的说明[1-1.整体构成]图I是本发明的一实施方式所涉及的燃料电池车辆10(以下称为“FC车辆10”或“车辆10”。)的概略构成图。FC车辆10具有车辆电源系统12(以下也称为“电源系统12”。)、行驶用的电动机14、以及逆变器16。电源系统12具有燃料电池组件18 (以下称为“FC组件18”。)、蓄电池20、电力分配装置22、以及电子控制装置24 (以下称为“E⑶24”)。[1-2.驱动系统]电动机14基于从FC组件18以及蓄电池20供应的电力来生成驱动力，并由该驱动力通过变速器26来使车轮28旋转。另外，电动机14将通过进行再生而生成的电力(再生电力Preg)[W]向蓄电池20输出。再生电力Preg可以对辅助设备群(包含后述的空气泵36、水泵68、空气调节器130以及低电压辅助设备群134。)进行输出。将逆变器16设为3相桥型的构成，进行直流/交流变换，并将直流变换成3相的交流来供应给电动机14，另一方面，将伴随再生动作的交流/直流变换后的直流通过电力分配装置22供应到蓄电池20等。此外，将电动机14和逆变器16合起来称为负载30。在此，在负载30中还能包含后述的空气泵36、水泵68、空气调节器130以及低电压辅助设备群134等构成要素。[1-3. FC 组件 18]FC组件18的燃料电池堆32 (以下称为“FC堆32”或“FC32”。)例如具有将由阳极电极和阴极电极从两侧包夹固体高分子电解质膜而形成的燃料电池单位电池(以下，称为“FC单位电池”或“单个单位电池”)进行层叠的构造。将氢罐34和空气泵36通过路径38、40与FC堆32连接，从氢罐34供应一种反应气体即氢(燃料气体)，并从空气泵36供应另一种反应气体即压缩空气(氧化剂气体)。通过使从氢罐34以及空气泵36向FC堆32供应的氢和空气在FC堆32内引起电化学反应，来进行发电，并将发电电力(FC电力Pfc)[W]供应到电动机14和蓄电池20。FC堆32的发电电压(以下称为“FC电压Vfc”。) [V]由电压传感器42检测，FC堆32的发电电流(以下称为“FC电流Ifc”。) [A]由电流传感器44检测，且分别输出到ECU24。另外，构成FC堆32的各FC单位电池的发电电压(以下称为“单位电池电压Vcell”。)[V]由电压传感器46检测，并输出到E⑶24。在连接氢罐34和FC堆32的路径38上设置有调节器50。在该调节器50上连结有从连结空气泵36和FC堆32的路径40中分出的路径52，并供应来自空气泵36的压缩空气。调节器50对应于所供应的压缩空气的压力而使阀的开度发生变化，并调整供应到FC堆32的氢的流量。在设于FC堆32的出口侧的氢用的路径54以及空气用的路径56上设置有将出口侧的氢排出到外部的净化阀58和对空气的压力进行调整的背压阀60。另外，设置有对氢用的入口侧的路径38和出口侧的路径54进行连结的路径62。从FC堆32排出的氢经由该路径62而回到FC堆32的入口侧。在出口侧的路径54、56上设置压力传感器64、66，并将其检测值(压力值)分别输出到ECU24。进而，与FC堆32相邻地设置有用于冷却FC堆32的水泵68。在水泵68中循环的·冷却水(冷媒)的温度Tw[°C ]由温度传感器70检测，并输出到E⑶24。[1-4.蓄电池 20]蓄电池20是包含多个蓄电池电位电池的蓄电装置(储能装置)，例如能利用锂离子二次电池、镍氢电池或蓄电器等。在本实施方式中，利用锂离子二次电池。蓄电池20的输出电压(以下称为“蓄电池电压Vbat”。) [V]由电压传感器72检测，蓄电池20的输出电流(以下称为“蓄电池电流Ibat”。) [A]由电流传感器74检测，且分别被输出到ECU24。此外，E⑶24基于来自电压传感器72的蓄电池电压Vbat、以及来自电流传感器74的蓄电池电流Ibat，来算出蓄电池20的剩余容量(以下称为“S0C”。) [% ] [1-5.电力分配装置22]电力分配装置22对来自FC组件18的FC电力Pfc、从蓄电池20供应的电力(以下称为“蓄电池电力Pbat ”。)[W]、来自电动机14的再生电力Preg的供应目的地进行控制。图2示出了本实施方式中的电力分配装置22的细节。如图2所示，电力分配装置22具有DC/DC转换器78，该DC/DC转换器78的一端与蓄电池20的某一次侧IS连接，另一端与作为负载30和FC32之间的连接点的二次侧2S连接。DC/DC转换器78是将一次侧IS的电压(一次电压VI) [V]升压到二次侧2S的电压(二次电压V2) [V] (VI ( V2)、且将二次电压V2降压到一次电压Vl的升降压型加斩波型的电压变换装置。如图2所示，DC/DC转换器78由在一次侧IS和二次侧2S之间所配置的相臂UA、电抗器(reactor) 80构成。相臂UA由上臂元件(上臂开关元件82和二极管84)和下臂元件(下臂开关元件86和二极管88)构成。上臂开关元件82和下臂开关元件86例如采用MOSFET或IGBT。电抗器80被插入到相臂UA的中点(公共连接点)和蓄电池20的正极之间，具有在由DC/DC转换器78在一次电压Vl和二次电压V2之间变换电压之际放出以及蓄积能量的作用。上臂开关元件82通过从E⑶24输出的栅极驱动信号(驱动电压)UH的高电平而接通，下臂开关元件86通过栅极驱动信号(驱动电压)UL的高电平而接通。
此外，E⑶24使用与一次侧的平滑电容器92并联设置的电压传感器90来检测一次电压VI，并使用电流传感器94来检测一次侧的电流(一次电流II) [A]。另外，ECU24使用与二次侧的平滑电容器98并联设置的电压传感器96来检测二次电压V2，并使用电流传感器100来检测二次侧的电流(二次电流12) [A]。[1-6.ECU24]E⑶24经由通信线102 (图I)来对电动机14、逆变器16、FC组件18、蓄电池20以及电力分配装置22(DC/DC转换器78)进行控制。在该控制时，执行存储器(ROM)中所容纳的程序，另外，使用电压传感器42、46、72、90、96、电流传感器44、74、94、100、压力传感器64、66、温度传感器70等各种传感器的检测值。在此处的各种传感器中，包括开度传感器110、转速传感器112以及斜率传感器116 (图I)。开度传感器110检测加速器踏板118的开度(以下称为“加速器开度Θ”或“开度Θ”)[度]。转速传感器112检测电动机14的转速(以下称为“电动机转速Nm”或“转速Nm”)[rpm]。斜率传感器116检测路面的斜率A (车辆10的前后方向的斜度)[° ]。·进而，在E⑶24连接有主开关120 (以下称为“主SW120”。)。主SW120用于切换从FC组件18以及蓄电池20向电动机14的电力供应的可否，能由用户操作。E⑶24包含微型计算机，根据需要，具有定时器、A/D变换器、D/A变换器等输入输出接口。此外，E⑶24不仅能由I个E⑶构成，还能由针对电动机14、FC组件18、蓄电池20以及电力分配装置22 (DC/DC转换器78)的每一个的多个ECU构成。本实施方式的E⑶24具备发电控制功能122以及长距离爬坡探测功能124。发电控制功能122是对FC32的发电进行控制的功能。长距离爬坡探测功能124是对由车辆10进行的长距离爬坡进行探测的功能。这些功能122、124的细节将后述。[1-7.空气调节器130]如图I所示，车辆10还具有空气调节器130。另外，空气调节器130的电容器(未图示)配置于FC32的散热器(未图示)的前方。关于所述电容器以及所述散热器的细节(包含配置。)，例如能使用在JP 2009-046020A中所记载的内容。空气调节器130基于来自E⑶24的指令而工作，此时的电力从FC32、蓄电池20以及电动机14中的至少一个中获得。[1-8.降压转换器132以及低电压辅助设备群134]如图I所示，车辆10还具有降压转换器132(以下还称为“DV132”。)、以及低电压辅助设备群134。来自DV132的输出可以输出到未图示的低电压蓄电池。DV132对DC/DC转换器78的一次电压Vl进行降压，并输出到低电压辅助设备群134。低电压辅助设备群134例如包含灯类、各种传感器、E⑶24。2.本实施方式的控制接下来，说明E⑶24中的控制。[2-1.基本控制]图3示出了 E⑶24中的基本的控制的流程图。在步骤SI中，E⑶24判定主SWl20是否接通。在主SW120未接通的情况下(SI :否)，重复步骤SI。在主SW120接通的情况下(SI :是)，前进到步骤S2。在步骤S2中，ECU24计算FC系统12所要求的负载(系统负载Ls) [W]。
在步骤S3中，E⑶24进行电源系统12的能量管理。此处的能量管理主要是算出FC32的发电量(FC电力Pfc)以及蓄电池20的输出(蓄电池输出Pbat)的处理，目的在于既抑制FC堆32的劣化，又使电源系统12整体的输出效率化。具体而言，E⑶24从在步骤S2中算出的系统负载Ls中，调配应该由FC32负担的燃料电池分担负载(要求输出)Lfc、应该由蓄电池20负担的蓄电池分担负载(要求输出)Lbat、应该由再生电源(电动机14)负担的再生电源分担负载Lreg的配给(分担)，与此同时来进行决定。在步骤S4中，E⑶24基于在步骤S3中所求出的燃料电池分担负载Lfc等，来进行FC堆32的周边设备，即空气泵36、净化阀58、背压阀60以及水泵68的控制(FC发电控制)。在步骤S5中，ECU24基于来自转速传感器112的电动机转速Nm和基于来自开度传感器110的加速器踏板118的开度Θ等，来进行电动机14的转矩控制。在步骤S6中，E⑶24判定主SW120是否断开。在主SW120未断开的情况下(S6 ·否)，返回到步骤S2。在主SW120断开的情况下(S6:是)，结束本次的处理。[2-2.系统负载Ls的計算]图4示出了计算系统负载Ls的流程图。在步骤Sll中，E⑶24从开度传感器110读取加速器踏板118的开度Θ。在步骤S12中，E⑶24从转速传感器112读取电动机14的转速 Nm [rpm]。在步骤S13中，E⑶24基于开度Θ和转速Nm来算出电动机14的预计消耗电力Pm[ff] ο具体而言,在图5所示的图中，按每个开度Θ来预先存储转速Nm和预计消耗电力Pm的关系。例如，在开度Θ是Θ I时，利用特性140。同样，在开度Θ是Θ2、Θ3、Θ4、Θ 5、Θ 6时，分别利用特性142、144、146、148、150。然后，在基于开度Θ而确定了表示转速Nm和预计消耗电力Pm的关系的特性之后,确定与转速Nm相应的预计消耗电力Pm。在步骤S14中，E⑶24从各辅助设备读取当前的动作状况。此处的辅助设备例如包括包含空气泵36、水泵68以及未图示的空气调节器的高电压系的辅助设备；或包含未图示的低电压蓄电池、附属部件以及ECU24的低电压系的辅助设备。例如，若是空气泵36以及水泵68，则读取转速Nap、Nwp [rpm]。若是空气调节器，则读取其输出设定。在步骤S15中，ECU24对应于各辅助设备的当前的动作状况来算出辅助设备的消耗电力PA[W]。在步骤S16中，ECU24将电动机14的预计消耗电力Pm和辅助设备的消耗电力PA进行相加来算出FC车辆10整体的预计消耗电力(即，系统负载Ls)。[2-3.空气调节器130以及FC32的输出限制]在本实施方式中，对应于车辆10是否处于长距离爬坡中(特别是在高速爬坡中)，来对空气调节器130的消耗电力以及FC32的发电电力设置限制值(上限值)。即，空气调节器130的消耗电力的限制值(以下称为“空调电力限制值Palim”。)在图3的步骤S2(更具体地说，图4的步骤S15)中算出辅助设备的消耗电力PA之时使用。另外，FC电力Pfc的上限值(以下，称为“FC输出上限值Pfclim”。)在图3的步骤S3中算出燃料电池分担负载量Lfc之时使用。图6是设定空调电力限制值Palim和FC输出上限值Pfclim的流程图。在步骤S21中，E⑶24 (发电控制功能122)对FC —次侧供应电力Psup进行运算。FC —次侧供应电力Psup是从FC32的发电量(即，FC输出Pfc)中减去电动机14的输出以及空气泵36的消耗电力而得到的电力，表示能对电动机14以及空气泵36以外的负载供应的电力。在步骤S22中，作为用于判定车辆10处于高速爬坡中的第I条件(以下称为“高速爬坡条件I”。)，ECU24判定车速V [km/h]是否为用于判定车辆10是否处于高速爬坡中的车速阈值THVl (以下也称为“阈值THV1”。)以上。车速V基于电动机转速Nm而由ECU24算出。在车速V并非阈值THVl以上的情况下(S22 :否)，车辆10判定为并非处于高速爬坡中。为此，在步骤S23中，E⑶24对用于确定处于高速爬坡中的判定的计数器C输入零，来使计数器C复位。在接下来的步骤S24中，ECU24基于以下的式(I)来算出空调电力限制值Palim。Palim = FC —次侧供应电力Psup+蓄电池输出限制值Pblim-DV消耗电力Pdv…(I)在上述式(I)中，蓄电池输出限制值Pblim表示蓄电池20的输出限制值(上限·值)，“DV消耗电力Pdv”表示降压转换器132的消耗电力。在接下来的步骤S25中，E⑶24基于蓄电池20的SOC来设定FC输出上限值Pfclim0更具体地说，使用图7所示的FC输出上限值表中的通常时的FC输出上限值特性160，来设定与SOC相应的FC输出上限值Pfclim。从图7可知，FC输出上限值表中的通常的FC输出上限值特性160中，在SOC为SOCl以上时，FC输出上限值Pfclim成为零。这是由于，在SOC过大的情况下，较之于由FC32进行的发电，使用来自蓄电池20的电力能使电源系统12整体的发电效率更高。另外，通常的FC输出上限值特性160中，在SOC小于SOCl时，FC输出上限值Pfclim随着SOC降低而变大。这是由于，SOC越低，越以FC32的输出来补充蓄电池20的输出不足，且将剩余电力对蓄电池20充电。回到步骤S22，在车速V为阈值THVl以上、且不满足高速爬坡条件I的情况下(S22 :是)，在步骤S26中，作为用于判定为车辆10处于高速爬坡中的第2条件(以下称为“高速爬坡条件2”。)，ECU24判定由斜率传感器116检测出的斜率A是否为用于判定车辆10是否处于高速爬坡中的斜率阈值THAI (以下也称为“阈值THAI”。)以上。在斜率A并非阈值THAI以上的情况下(S26 :否)，车辆10判定为并非处于高速爬坡中，并前进到步骤S23，进行与上述同样的处理。在斜率A为阈值THAI以上的情况下(S26 :是)，在步骤S27中，E⑶24判定是否应该确定处于高速爬坡中的判定。具体而言，所述计数器C判定是否为用于确定该判定的计数器阈值THCl以上。在计数器C并非阈值THCl以上的情况下(S27 :否)，在步骤S28中，E⑶24对计数器C加1，并前进到步骤S24。在计数器C为阈值THCl以上的情况下(S27 是)，确定车辆10处于高速爬坡中的判定，并前进到步骤S29。在步骤S29中，E⑶24设定空调限制校正值α (以下还称为“校正值α ”。)。校正值α是用于限制高速爬坡中的空气调节器130的输出的值，并基于由温度传感器70检测出的冷却水的水温Tw而设定。更具体地说，在图8所示的空调限制校正值表中，使用与冷却水的水温Tw对应的空调限制校正值α。从图8可知，在空调限制校正值表中，当水温Tw为阈值Twl以下时，校正值α恒定。另外，当水温Tw超过阈值Twl时，校正值α逐渐增加。由此，当水温Tw超过阈值Twl时，随着水温Tw变大来增大空气调节器130的输出限制。因此，能随水温Tw的变高来抑制FC32的温度上升。在图6的步骤S30中，E⑶24基于以下的式⑵来算出高速爬坡时的空调电力限制值Palim。Palim = FC 一次侧供应电力Psup-空调限制校正值a -DV消耗电力Pdv…(2)若与在并非高速爬坡中的情况下(通常时)的空调电力限制值Palim{上述式
(I)}比较，则对于在处于高速爬坡中的情况下的空调电力限制值Palim{上述式(2)}，不仅追加空调限制校正值α的减法运算(S30)，而且还消除蓄电池输出限制值Pblim的加法运算。由此，通过抑制空气调节器130的电力消耗且使电力利用于电动机14的输出，能提高驾驶性能。另外，通过抑制来自蓄电池20的输出，能防止在高速爬坡中蓄电池20过度放电。
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在步骤S31中，ECU24基于蓄电池20的SOC来设定FC输出上限值Pfclim。更具体地说，利用与图7所示的FC输出上限值表中的高速爬坡时的FC输出上限值特性162，来设定与SOC相应的FC输出上限值Pfclim。从图7可知，高速爬坡时的FC输出上限值特性162中，在SOC为S0C2以上时，FC输出上限值Pfclim成为零。与通常时的FC输出上限值特性160比较，FC输出上限值Pfclim成为零的SOC变高的目的在于，即使长距离爬坡所需的系统负载Ls高的状态持续，也能防止蓄电池20的SOC成为最低值(例如，零)。另外，在SOC小于S0C3时，高速爬坡时的FC输出上限值特性162较之于通常时的FC输出上限值特性160，其FC输出上限值Pfclim变低。这是为了抑制FC32的过热，从而维持驾驶性能。S卩，根据本发明，除了紧挨长距离爬坡开始后不久SOC低的情况以外，在长距离爬坡时(特别在高速爬坡时)存在SOC逐渐下降的可能性。在本实施方式中，由于增大(开放)长距离爬坡中(S0C为S0C3以上S0C2以下的区域)中的FC输出上限值Pfclim，因此认为到SOC变低之前FC32都因发电而处于过热状态(由于FC32的发热与FC电流Ifc的平方成正比，因此电流值越高，FC32的发热量就越增加。)。而且，在FC32成为了过热状态的情况下，存在需要采取极大地限制FC32的发电、或停止FC32的发电的举措的可能性。在需要这样的举措的情况下，会产生在爬坡的中途驾驶性能恶化的风险。根据本实施方式，设为在低SOC侧(小于S0C3)不增大(开放)在通常时进行的用于SOC恢复的FC输出上限值Pfclim。由此，即使在长距离爬坡持续时，也能抑制FC32的过热，从而能维持驾驶性能。此外，若在发电效率低的状态下增大FC输出Pfc，则燃料气体的消耗也会变快。因此，需要抑制在长距离爬坡时的燃料气体的消耗量，从而防止燃料气体的过度使用。3.本实施方式的效果如以上说明所述，根据本实施方式，进行控制使得在探测出长距离爬坡(特别是长距离高速爬坡)的情况下，较之于探测到该长距离爬坡前，使燃料电池分担负载Lfc (输出配给量)变大(在图7中，在SOC超过S0C3的情况下，增大FC输出上限值Pfclim。)。因此，由于蓄电池分担负载Lbat相对减少，因此能防止在由FC车辆10进行的长距离爬坡中蓄电池20的SOC因大输出放电而提早下降从而基于蓄电池20的辅助变得不能进行(所谓的蓄电池耗尽)。在本实施方式中，在由E⑶24(长距离爬坡探测功能124)探测出长距离爬坡的情况下，对应于冷却水的温度Tw的上升来限制空气调节器130的输出。由此，当FC车辆10处于长距离爬坡中时，能通过限制空气调节器130的输出，来将剩余电力利用于电动机14的输出。在此基础上，例如，在来自空气调节器130的热量使FC32或冷媒的温度上升的情况下，或还将FC32的冷媒用于空气调节器130的冷却的情况下，通过空气调节器130的输出限制来抑制空气调节器130的发热，从而即使在FC输出Pfc上升的情况下，也能良好地保护FC32不受热量侵害，进而能防止因FC32的过热而导致的FC32的输出以及效率的下降。在本实施方式中，可以设定进行FC32的发电的SOC的上限值S0C1、S0C2，当SOC超过上限值S0C1、S0C2时，不进行FC32的发电，在由E⑶24 (长距离爬坡探测功能124)探测出长距离爬坡的情况下，提高SOC的上限值。由此，在长距离爬坡中即使SOC高，也能使FC32发电。因此，即使长距离爬坡所要求的系统负载Ls高的状态持续，也能良好地跟随FC32的输出而变化，故而能防止因SOC提早下降从而基于蓄电池的辅助提早变得不能进行。在本实施方式中，对应于SOC来设定FC输出上限值Pfclim，在由E⑶24 (长距离爬坡探测功能124)探测出长距离爬坡的情况下，在SOC低的区域中，较之于未探测出长距离爬坡的情况，在探测出长距离爬坡的情况下，降低所述燃料电池的输出上限值Pfclim(图·7)。由此，能抑制FC32的过热，从而维持驾驶性能。S卩，根据本发明，除了紧挨长距离爬坡开始后不久SOC低的情况以外，在长距离爬坡时(特别在高速爬坡时)存在SOC逐渐下降的可能性。在本实施方式中，由于增大(开放)长距离爬坡中的FC输出上限值Pfclim，因此认为到SOC变低之前FC32因发电而处于过热状态(由于FC32的发热与FC电流Ifc的平方成正比，因此电流值越高，FC32的发热量就越增加。)。而且，在FC32成为了过热状态的情况下，存在需要采取极大地限制FC32的发电、或停止FC32的发电的举措的可能性。在需要这样的举措的情况下，会产生在爬坡的中途驾驶性能恶化的风险。但根据本实施方式，设为在SOC低侧(小于S0C3)不增大(开放)在通常时进行的用于SOC恢复的FC输出上限值Pfclim。由此，即使在长距离爬坡持续时，也能抑制FC32的过热，从而能维持驾驶性能。此外，若在发电效率低的状态下增大FC输出Pfc，则燃料气体的消耗也会变快。因此，根据本实施方式，能抑制在长距离爬坡时的燃料气体的消耗量，从而防止燃料气体的过
度使用。4.变形例此外，不言自明地，本发明不限于上述实施方式，能基于该说明书的记载内容而采用各种构成。例如，能采用以下的构成。[4-1.应用对象]尽管在上述实施方式中，示出了将电源系统12搭载于FC车辆10的例子，但不限于此，也可以将电源系统12应用于其他对象。例如，还能应用于电动辅助自行车、船舶或飞机等移动体。[4-2.电源系统12的构成]尽管在上述实施方式中，设定为将FC32和蓄电池20并联配置、且在蓄电池20的近前配置DC/DC转换器78的构成，但不限于此。例如，如图9所示，还可以是将FC32和蓄电池20并联配置、且在FC32的近前配置升压式、降压式或升降压式的DC/DC转换器170的构成。或者，如图10所示，可以是将FC32和蓄电池20并联配置、且在FC32的近前配置DC/DC转换器170、在蓄电池20的近前配置DC/DC转换器78的构成。或者，如图11所示，可以是将FC32和蓄电池20并联配置、且在蓄电池20和电动机14之间配置DC/DC转换器78的构成。[4-3.长距离爬坡(高速爬坡)的判定]尽管在上述实施方式中，基于根据电动机转速Nm而算出的车速V和来自斜率传感器116的斜率A来进行了是否处于长距离爬坡中(特别是在高速爬坡中)的判定(图6的S22、S26)，但并不限于此。例如，可以使用基于来自未图示的导航装置的位置信息而判定的车速。另外，可以在所述导航装置中预先存储道路的斜率信息，或者使用未图示的无线通信装置来从外部设备(服务器等)取得该斜率信息，并使用该斜率信息。或者，若从与车速V无关地来判定是否处于长距离爬坡中的观点出发，例如，能省略图6的步骤S22而通过步骤S26、S27来进行该判定。或者，还能基于所述导航装置的地图信息来判定长距离爬坡。换言之，在使用步骤S27的计数器C的情况下，伴随爬坡的持续来判定长距离爬坡，而在基于地图信息的情况下，能判定此后的行驶成为长距离爬坡。·[4-4. FC32 的输出限制]在上述实施方式中，较之于除高速爬坡中以外的情况，在SOC大于S0C3范围内，增大了(开放)高速爬坡中的FC输出上限值Pfclim。然而，增大FC输出上限值Pfclim的范围不限于此。例如，如图12所示，即使在SOC低的区域中，也可以使高速爬坡时的FC输出上限值特性182超过通常时的FC输出上限值特性180。另外，可以取代增大FC输出上限值Pfclim而在高速爬坡中对通常时的FC输出Pfc乘上规定的系数，或者加上规定的值。尽管在上述实施方式中，较之于除高速爬坡中以外的情况，在高速爬坡中的情况下，将进行FC32的发电的SOC的上限值设定得更高(通常时S0C1 —高速爬坡时S0C2)，但进行FC32的发电的SOC的上限值的设定不限于此。例如，在高速爬坡中的情况下，还能设为不设置该上限值的构成。或者，还能在高速爬坡时和除此以外的情况下，将该上限值设为相同的构成。[4-5.空气调节器(空调)130的输出限制]尽管在上述实施方式中，在高速爬坡中的情况下，对应于FC32用的冷却水的温度Tw来设定了空调电力限制值Palim(图8)，但高速爬坡中的空气调节器130的输出限制并不限于此。例如，可以在高速爬坡中的情况下，在系统负载Ls或燃料电池分担负载Lfc越大时，将空调电力限制值Palim设定为越大。或者，可以在高速爬坡中的情况下，在斜率A越大或车速V越高时，将空调电力限制值Palim设定得越大。或者，可以在高速爬坡中的情况下，将空气调节器130的输出设定为规定的最低值(包含零。)。尽管在上述实施方式中，在高速爬坡中设置了空调电力限制值Pal im,但也能是不设置空调电力限制值Palim的构成。
权利要求
1.一种燃料电池车辆(10),具备 行驶电动机(14)； 燃料电池(32)，其对所述行驶电动机(14)供应电力； 蓄电装置(20)，其既能对所述行驶电动机(14)供应电力，又能以所述行驶电动机(14)的再生电力或所述燃料电池(32)的发电电力进行充电；和 电力分配装置(22)，其对所述燃料电池(32)的发电电力、所述蓄电装置(20)的输出电力、所述行驶电动机(14)的再生电力的供应目的地进行控制； 所述燃料电池车辆(10)的特征在于，还具备长距离爬坡探测单元(124)，其探测由所述燃料电池车辆(10)进行的长距离爬坡；和控制单元(122)，其进行控制，使得在由所述长距离爬坡探测单元(124)探测出所述长距离爬坡的情况下，与探测到该长距离爬坡前相比较，使所述燃料电池(32)的输出配给量变大。
2.根据权利要求I所述的燃料电池车辆(10)，其特征在于， 具备冷却装置(68)，其通过冷媒来冷却所述燃料电池(32)， 在由所述长距离爬坡探测单元(124)探测出所述长距离爬坡的情况下，对应于所述燃料电池(32)的温度的上升，来限制空气调节器(130)的输出。
3.根据权利要求I或2所述的燃料电池车辆(10)，其特征在于， 所述蓄电装置(20)是蓄电池(20)， 设定进行所述燃料电池(32)的发电的所述蓄电池(20)的剩余容量的上限值，当所述剩余容量超过所述上限值时，不进行所述燃料电池(32)的发电， 在由所述长距离爬坡探测单元(124)探测出所述长距离爬坡的情况下，提高所述剩余容量的上限值。
4.根据权利要求3所述的燃料电池车辆(10)，其特征在于， 对应于所述剩余容量来设定所述燃料电池(32)的输出上限值， 在由所述长距离爬坡探测单元(124)探测出所述长距离爬坡的情况下，在所述剩余容量低的区域，与未探测到所述长距离爬坡的情况相比较，在探测出所述长距离爬坡的情况下，降低所述燃料电池(32)的输出上限值。
全文摘要
本发明提供一种燃料电池车辆。FC车辆(10)具备长距离爬坡探测单元(124)，其探测长距离爬坡；以及控制单元(122)，其进行控制，使得在由所述长距离爬坡探测单元(124)探测出长距离爬坡的情况下，与探测到该长距离爬坡前相比较，使FC(32)的输出配给量变大。
文档编号B60L11/18GK102785583SQ20121013896
公开日2012年11月21日 申请日期2012年5月7日 优先权日2011年5月18日
发明者五十岚大士, 林胜美, 渡边和典, 白坂卓也 申请人:本田技研工业株式会社