专利名称：驱动系统以及该驱动系统的控制方法
技术领域：
本发明涉及驱动系统，该驱动系统的控制方法，以及安装有该驱动系统的移动物体。
背景技术：
一种已经提出的驱动系统具有两个电源电路，每个电源电路都具有安装在机动车上的燃料电池以及蓄电池。在一个电源电路的燃料电池产生任何异常的情况下，在异常电源电路中的蓄电池的充电状态(SOC)被由在另一正常电源电路中的燃料电池所产生的电能提高(例如参见日本专利早期公开号2003-333707)。在该现有技术驱动系统中，升高在异常电源电路中的蓄电池的充电状态(SOC)以确保相应于需求输出充足的电能。
发明内容
在一般的燃料电池系统中，响应于对燃料电池异常的检测，例如燃料电池温度的过度升高或燃料电池较差的电流-电压特性，限制燃料电池的输出水平来保护燃料电池。在具有燃料电池及蓄电池的两个电源电路的现有技术驱动系统中，在异常电源电路中的蓄电池的充电状态(SOC)通过由正常电源电路中的燃料电池所产生的电能提高以确保相应于要求的充足的电能输出水平。但是，在仅具有一个电源电路的驱动系统中，在燃料电池输出限制的情况下难以提高蓄电池的充电状态(SOC)。
因此本发明的驱动系统以及安装有该驱动系统的移动物体旨在即使在由发电装置(例如燃料电池)所产生的电能的输出限制的情况下也确保响应于要求的适当的驱动。本发明的驱动系统以及安装有该驱动系统的移动物体还旨在适当地调节蓄电器电池(例如蓄电池)的蓄电量。为了实现上述至少一部分目的以及其他相关目的，本发明涉及一种驱动系统、该驱动系统的控制方法、以及安装有该驱动系统的移动物体，它们的结构将在以下详述。
本发明的第一驱动系统包括接收燃料供应并产生电能的发电模组；可以所述发电模组产生的电能充电的蓄电器模组；以所述发电模组产生的电能供应以及从所述蓄电器模组放电的电能供应而致动的驱动模组；检测所述发电模组的当前状态的状态检测模组；以及控制模组，当由所述状态检测模组所检测的所述发电模组的当前状态处于包含在可确保所述发电模组的适当运行的适当状态范围内的预定状态区域中时，控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至第一目标蓄电量，当由所述状态检测模组所检测的所述发电模组的当前状态处于所述适当状态范围内但处于所述预定状态区域之外时，所述控制模组控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至第二目标蓄电量，当由所述状态检测模组所检测的所述发电模组的当前状态处于所述适当状态范围之外时，在所述发电模组的限制运行下，所述控制模组控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至所述第一目标蓄电量或所述第二目标蓄电量。
当由所述状态检测模组所检测的所述发电模组的当前状态处于包含在可确保所述发电模组的适当运行的适当状态范围内的预定状态区域中时，本发明的第一驱动系统控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至第一目标蓄电量。当由所述状态检测模组所检测的所述发电模组的当前状态处于所述适当状态范围内但处于所述预定状态区域之外时，第一驱动系统控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至第二目标蓄电量。即当存在当前处于适当状态范围内的发电模组的状态有很快会离开适当状态范围的可能性时，蓄电器模组的蓄电量被调整至第二目标蓄电量。这种设置确保了根据发电模组的被检测状态对蓄电器模组的蓄电量的适当调节。当所述发电模组的当前状态处于所述适当状态范围之外时，在所述发电模组的限制运行下，所述第一驱动系统控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至所述第一目标蓄电量或所述第二目标蓄电量。该设置有效地防止了发电模组的过度操作。在这里，术语“蓄电量”表示存储在蓄电器模组中的电容量或蓄电器模组的充电状态。
在本发明的第一驱动系统中，所述控制模组可以设置所述驱动模组所需的驱动状态要求，并控制所述驱动模组以在特定驱动状态下被致动以满足所设置的驱动状态要求。该设置使驱动模组将相应于驱动状态要求在特定驱动状态下被致动。在此情况下，所述控制模组控制所述发电模组以随着所设置的驱动状态要求的负载的增加而产生较高水平的电能。该设置使发电模组响应于驱动状态要求而产生电能。因此驱动模组所需的大部分电能都可从发电模组供应。
此外，在本发明的第一驱动系统中，所述第二目标蓄电量可以高于所述第一目标蓄电量。该设置使得即使在发电模组的限制运行下驱动模组也可被较长时间地致动。
此外，在本发明的第一驱动系统中，可以相应于所述发电模组的检测状态来设置所述第二目标蓄电量。该设置相应于发电模组的状态来设置蓄电器模组的蓄电量。在此情况下，可以将所述第二目标蓄电量设置成所述发电模组的检测状态越接近所述适当状态范围的边界就越大。
在本发明的第一驱动系统的一个优选实施例中，所述发电模组包括燃料电池组以及操作所述燃料电池组所需的辅助机构，且所述状态检测模组检测所述燃料电池组与所述辅助机构两者的当前状态。在该实施例中，状态检测模组可检测所述燃料电池组的温度、所述燃料电池组的电压水平、包含在所述燃料电池组中的单元燃料电池的电压水平、所述燃料电池组的电流-电压特性、以及所述辅助机构的温度中的至少一者作为所述发电模组的所述当前状态。
在本发明的第一驱动系统的另一个优选实施例中，当由所述状态检测模组所检测的所述发电模组的所述当前状态处于所述适当状态范围内但处于所述预定状态区域之外时，随着所述蓄电器模组的蓄电量的增加，所述控制模组控制所述发电模组以保持所述当前状态。该设置有效地防止了发电模组脱离适当状态范围。
本发明的第二驱动系统包括在其中积累电能的蓄电器模组；在允许的范围内产生电能至预定输出上限的发电模组；以所述发电模组产生的电能供应以及从所述蓄电器模组放电的电能供应而致动的驱动模组；在所述蓄电器模组中积累由所述发电模组产生的电能至预定目标蓄电量的蓄电量调节模组；根据所述发电模组的当前状态改变所述发电模组的输出上限的输出上限改变模组；检测所述输出上限改变模组输出上限迫近降低的可能性的降低可能性检测模组；以及响应于由所述降低可能性检测模组对输出上限迫近降低的可能性的检测而提升由所述蓄电量调节模组所设置的目标蓄电量的目标蓄电量提升模组。
本发明的第二驱动系统响应于根据发电模组的当前状态而检测的发电模组的输出上限迫近降低的可能性而提升蓄电器模组(其存储由发电模组产生的电能)的目标蓄电量。该设置提高了为发电模组的输出上限可能降低而作准备的蓄电器模组的蓄电量，并增加了用在驱动系统中的电能的量。
本发明的一种移动物体在其上安装有第一驱动系统或第二驱动系统，并通过所述驱动模组的致动而移动。在这里，本发明的第一驱动系统包括接收燃料供应并产生电能的发电模组；可以所述发电模组产生的电能充电的蓄电器模组；以所述发电模组产生的电能供应以及从所述蓄电器模组放电的电能供应而致动的驱动模组；检测所述发电模组的当前状态的状态检测模组；以及当由所述状态检测模组所检测的所述发电模组的当前状态处于包含在可确保所述发电模组的适当运行的适当状态范围内的预定状态区域中时，控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至第一目标蓄电量、当由所述状态检测模组所检测的所述发电模组的当前状态处于所述适当状态范围内但处于所述预定状态区域之外时，控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至第二目标蓄电量、并且当由所述状态检测模组所检测的所述发电模组的当前状态处于所述适当状态范围之外时，在所述发电模组的限制运行下，控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至所述第一目标蓄电量或所述第二目标蓄电量的控制模组。本发明的第二驱动系统包括在其中积累电能的蓄电器模组；在允许的范围内产生电能至预定输出上限的发电模组；以所述发电模组产生的电能供应以及从所述蓄电器模组放电的电能供应而致动的驱动模组；在所述蓄电器模组中积累由所述发电模组产生的电能至预定目标蓄电量的蓄电量调节模组；根据所述发电模组的当前状态改变所述发电模组的输出上限的输出上限改变模组；检测由所述输出上限改变模组改变的输出上限迫近降低的可能性的降低可能性检测模组；以及响应于由所述降低可能性检测模组对输出上限迫近降低的可能性的检测而提升由所述蓄电量调节模组所设置的目标蓄电量的目标蓄电量提升模组。
本发明的移动物体在其上安装有第一驱动系统或第二驱动系统。因此本发明的移动物体可以实现类似于第一驱动系统的技术效果。即本发明的移动物体根据发电模组的被检测状态确保对蓄电器模组的蓄电量的适当调节，同时有效地防止对发电模组的过度操作。本发明的移动物体也可以实现类似于第二驱动系统的技术效果。即本发明的运动物体提高了为发电模组的输出上限可能降低而作准备的蓄电器模组的蓄电量，并增加了用在驱动系统中的电能的量。
本发明的控制方法是一种驱动系统的控制方法，该驱动系统包括接收燃料供应并产生电能的发电模组；可以所述发电模组产生的电能充电的蓄电器模组；以及以所述发电模组产生的电能供应以及从所述蓄电器模组放电的电能供应而致动的驱动模组，所述控制方法包括以下步骤(a)检测所述发电模组的当前状态；及(b)当所述发电模组被检测的当前状态处于包含在可确保所述发电模组的适当运行的适当状态范围内的预定状态区域中时，控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至第一目标蓄电量，当所述发电模组被检测的当前状态处于所述适当状态范围内但处于所述预定状态区域之外时，控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至第二目标蓄电量，当所述发电模组被检测的当前状态处于所述适当状态范围之外时，在所述发电模组的限制运行下，控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至所述第一目标蓄电量或所述第二目标蓄电量。
当所述发电模组的被检测当前状态处于包含在可确保所述发电模组的适当运行的适当状态范围内的预定状态区域中时，本发明的驱动系统的控制程序控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至第一目标蓄电量。当所述发电模组的被检测当前状态处于所述适当状态范围内但处于所述预定状态区域之外时，驱动系统的控制方法控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至第二目标蓄电量。即当存在当前处于适当状态范围内的发电模组的状态有很快会离开适当状态范围的可能性时，蓄电器模组的蓄电量被调整至第二目标蓄电量。这种设置确保了根据发电模组的被检测状态对蓄电器模组的蓄电量的适当调节。当所述发电模组的被检测当前状态处于所述适当状态范围之外时，在所述发电模组的限制运行下，驱动系统的控制方法控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至所述第一目标蓄电量或所述第二目标蓄电量。该设置有效地防止了发电模组的过度操作。在这里，术语“蓄电量”表示存储在蓄电器模组中的电容量或蓄电器模组的充电状态。
在本发明的驱动系统的控制方法中，所述步骤(b)可以设置所述驱动模组所需的驱动状态要求，并控制所述驱动模组以在特定驱动状态下被致动以满足所设置的驱动状态要求。该设置使驱动模组相应于驱动状态要求而在特定驱动状态下被致动。在此情况下，所述步骤(b)可以控制所述发电模组以随着所设置的驱动状态要求的负载的增加而产生较高水平的电能。该设置使发电模组响应于驱动状态要求产生电能。因此驱动模组所需的大部分电能都可从发电模组供应。
此外，在本发明的驱动系统的控制方法中，当所述发电模组的被检测当前状态处于所述适当状态范围内但处于所述预定状态区域之外时，随着所述蓄电器模组的蓄电量的增加，所述步骤(b)可以控制所述发电模组以保持所述当前状态。该设置有效地防止了发电模组的状态离开适当状态范围。
图1示意性地示出了在本发明的一个实施例中在其上安装有驱动系统的电动汽车的结构。
图2是流程图，示出了由包含在该实施例的驱动系统中的电子控制单元所执行的驱动控制程序；及图3示出了扭矩要求设定图。
具体实施例方式
实施本发明的一种模式将在以下作为优选实施例进行描述。图1示意性地示出了在本发明的一个实施例中在其上安装有驱动系统的电动汽车10的结构。如所示出的，本实施例的电动汽车10配备有燃料电池组30。燃料电池30接收含氢燃料气体的供应以及空气的供应并通过燃料气体中的氢与空气中的氧之间的电化学反应而产生直流电能，其中含氢燃料气体供应自高压氢气罐22并通过循环泵26的方式来循环，空气经由转换阀50供应自空气压缩机28及储气筒(accumulator)24。电动汽车10具有将由燃料电池30产生的直流电能转化为三相交流电能的牵引变流器34；以及由牵引变流器34转化的三相交流电能驱动并将动力经由差速齿轮14输出至驱动轮12的驱动电动机36。电动汽车10还具有转化直流电能并工作以调节燃料电池30的端子间电压(inter-terminal voltage)的直流-直流转换器54；作为蓄电器工作并经由直流-直流转换器54与燃料电池30并联的蓄电池60；由来自燃料电池30及蓄电池60的电能供应而致动的高压辅助机构66(例如乘员室空调装置中的压缩机)；以及控制电动汽车10的各个构件的电子控制单元70。
燃料电池30具有已知的组结构，其中多个单元电池一个放置在另一个上，同时在相邻单元电池之间布置有作为分隔壁的分隔件(尽管未具体示出)。每个单元电池都具有布置在电解质薄膜上的阳极及阴极。燃料电池30通过经由形成在分隔件中的燃料气体导管而供应至阳极的氢气与纤由形成在分隔件中的空气导管而供应至阴极的空气之间的电化学反应而产生电能。燃料电池30具有用于循环冷却媒介流(例如，冷却水)的循环流路(未示出)。冷却媒介通过循环流路的循环使得燃料电池30的内部温度保持在适当的范围内(例如在65℃至85℃的范围内)。
驱动电动机36例如是已知的同步电动发电机，其具有电动机与发电机两者的功能，并根据驾驶员对加速踏板83及制动踏板85的下压量以及检测的车速V由来自燃料电池30以及蓄电池60的电能供应驱动。
电子控制单元70被构造为微处理器，其包括CPU72、存储处理程序的存储媒介ROM 74、临时存储数据的RAM 76、以及输入及输出端口(未示出)。电子控制单元70通过其输入端口接收来自附装在燃料电池30上的温度传感40的燃料电池温度Tfc；来自电池间电压传感器42的燃料电池30的电池间电压Vcel；来自位于燃料电池30的输出端子之间的电压传感器44的端子间电压Vfc；来自位于电线上的电流传感器46的输出电流Ifc；来自附装在空气压缩机28上的温度传感器48的空气压缩机温度Tac；来自旋转位置检测传感器37的驱动电动机36中的转子的旋转位置；来自附装在牵引变流器34上的电流传感器(未示出)的供应至驱动电动机36的相电流；来自位于蓄电池60的输出端子之间的电压传感器62的电池电压Vb；来自附装在蓄电池60的输出端子上的电流传感器64的电池电流Ib；来自变速排档位置传感器82由变速杆81在当前设定的变速排档位置；来自加速器踏板位置传感器84的加速器开度Acc或驾驶员对加速踏板83的下压量；来自制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP或驾驶员对制动踏板85的下压量；以及来自车速传感器88的电动汽车10的车速V或当前驱动速度。温度传感器40、电池间电压传感器42、电压传感器44、电流传感器46以及温度传感器48检测温度、电压、以及电流作为燃料电池30及其辅助机构(例如，空气压缩机28)的当前状况。电子控制单元70通过其输出端口向循环泵26并向空气压缩机28输出驱动信号；向牵引变流器34输出转换控制信号；向直流-直流转换器54输出直流电能转化信号；并向转换阀50输出转换信号。如下所述，基于由输入端口所接收的数据，电子控制单元70执行对燃料电池30的操作控制及对驱动电动机36的驱动控制。电子控制单元70根据来自温度传感器40的燃料电池温度Tfc、来自电池间电压传感器42的电池间电压Vcel、来自电压传感器44的电压Vfc、来自电流传感器46的电流Ifc、以及来自温度传感器48的空气压缩机温度Tac来设置燃料电池30的输出限制Wout。电子控制单元70通过来自电压传感器62的电池电压Vb以及来自电流传感器64的电池电流Ib来计算蓄电池60的充电状态(SOC)，并基于所计算的当前充电状态(SOC)与目标SOC之间的比较来设置蓄电池60的充电要求Pb*。目标SOC表示蓄电池60的充电水平的目标值。输入或输出蓄电池60的电荷量根据目标SOC来调节。如下所述，目标SOC并不固定，而是根据燃料电池30及其辅助机构的状况通过CPU 72而改变。
这里描述具有上述结构的实施例的电动汽车10的操作，具体而言描述一系列相关于燃料电池30的输出限制及蓄电池60的目标SOC的驱动控制。图2是示出由本实施例的电子控制单元70执行的驱动控制程序的流程图。驱动控制程序以预定时间间隔(例如以每8兆秒)重复执行。CPU72读取存储在ROM 74中的驱动控制程序以执行其驱动控制程序。
在驱动控制程序中，电子控制单元70的CPU 72首先接收控制所需的数据，例如来自加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自车速传感器88的车速V、来自温度传感器40的燃料电池温度Tfc、来自电池间电压传感器42的电池间电压Vcel、来自电压传感器44的电压Vfc、来自电流传感器46的电流Ifc、来自温度传感器48的空气压缩机温度Tac、燃料电池30的输出限制Wout、以及蓄电池60的充电要求Pb*(步骤S100)。根据输出限制设置程序(未示出)，燃料电池30的输出限制Wout已通过燃料电池温度Tfc、电池间电压Vcel、电压Vfc、电流Ifc、以及空气压缩机温度Tac而计算获得，并已写入RAM 76。根据充电要求设置程序(未示出)，蓄电池60的充电要求Pb*已相应于蓄电池60的充电状态(SOC)而设置，并已写入RAM 76。因此在步骤S100，CPU 72从RAM 76读取燃料电池30的输出限制Wout以及蓄电池60的充电要求Pb*。设置燃料电池30的输出限制Wout以及蓄电池60的充电要求Pb*并非本发明的重点故在此不进行描述。
在输入所需的数据之后，CPU 72根据输入的加速器开度Acc以及输入的车速V设置驱动电动机36的驱动轴或转轴所需的扭矩要求Td*作为驱动电动机36所需的驱动状态，并计算驱动电动汽车10所需的能量要求P*(步骤S110)。在本实施例中，设置扭矩要求Td*的具体程序预先在ROM 74中存储扭矩要求Td*相对于加速器开度Acc及车速V的变化作为扭矩要求设置图，并从图中相应于给定加速器开度Acc及给定车速V来读取扭矩要求Td*。扭矩要求设置图的一个示例示于图3中。
将燃料电池30的输出限制Wout与燃料电池30的最大额定输出Wmax进行比较(步骤S120)。当输出限制Wout等于最大额定输出Wmax时，燃料电池30没有输出限制并在高达最大额定输出Wmax的负载下被驱动。当输出限制Wout低于最大额定输出Wmax时，燃料电池30具有输出限制并在高达输出限制Wout的负载下被驱动。在输出限制Wout等于最大额定输出Wmax的情况下，基于燃料电池30及其辅助机构的状态，即根据燃料电池温度Tfc、电流Ifc、电压Vfc、空气压缩机温度Tac、以及电池间电压Vcel，CPU 72判断燃料电池30的当前状态是否存在迫近输出限制的可能性(步骤S130)。该步骤判断是否燃料电池温度Tfc、电流Ifc、电压Vfc、空气压缩机温度Tac、以及电池间电压Vcel(它们当前处于合适的驱动范围内且对燃料电池30没有输出限制)中任何一个的当前状态相当接近用于对燃料电池30强加输出限制的阈值。例如，基于燃料电池温度Tfc超出最小允许温度Tfcmin与最大允许温度Tfcmax之间的范围的情况，强加对燃料电池30的输出限制。在此情况下，程序可基于燃料电池温度Tfc是否处于高于最小允许温度Tfcmin的温度Tfc1与低于最大允许温度Tfcmax的温度Tfc2之间的范围内的判断结果来检测燃料电池30的迫近输出限制的可能性。在另一示例中，基于在电流Ifc与电压Vfc之间的电流-电压特性不高于最小允许水平IVmin的情况，强加对燃料电池30的输出限制。在此情况下，程序可基于电流-电压特性是否不低于高于最小允许水平IVmin的预定水平IV1的判断结果来检测燃料电池30迫近输出限制的可能性。在另一示例中，基于空气压缩机温度Tac超出最小允许温度Tacmin与最大允许温度Tacmax之间的范围的情况，强加对燃料电池30的输出限制。在此情况下，程序可基于空气压缩机温度Tac是否处于高于最小允许温度Tacmin的温度Tac1与低于最大允许温度Tacmax的温度Tac2之间的范围内的判断结果来检测燃料电池30迫近输出限制的可能性。在另一示例中，基于电池间电压Vcel不高于最小允许电压Vcelmin的情况，强加对燃料电池30的输出限制。在此情况下，程序可基于电池间电压Vcel是否不低于高于最小允许电压Vcelmin的预定电压Vcell的判断结果来检测燃料电池30迫近输出限制的可能性。
当燃料电池30的当前状况不存在对燃料电池30迫近输出限制的可能性时，即当燃料电池30处于所希望的状态时(步骤S140)，CPU 72设置蓄电池60的目标SOC为标准值Sset(步骤S150)，并将能量要求P*与充电要求Pb*的和设定为燃料电池30的目标输出Pfc*(步骤S160)。如上所述，目标SOC用于与所检测的蓄电池60的充电状态(SOC)结合以通过电子控制单元70来设置充电要求Pb*。即设置充电要求Pb*以使得蓄电池60的充电状态(SOC)接近目标SOC或进入或至少接近在目标SOC附近的预定范围。然后CPU 72将驱动电动机36的扭矩命令值Tm*设置为扭矩要求Td*与蓄电池60的输出限制Wout及最大输出Wbmax的和除以驱动轴的转速(k·V)的商的较小者(步骤S230)。在此情况下，燃料电池30没有输出限制，由此输出限制Wout等于燃料电池30的最大额定输出Wmax。因此蓄电池60的输出限制Wout及最大输出Wbmax的和除以驱动轴的转速(k·V)的商等于在供应有来自燃料电池30及蓄电池60的总最大允许输出电能的情况下在车速V时的最大扭矩。步骤S230的程序将扭矩命令值Tm*设置为最大扭矩与扭矩要求Td*之间的较小者。因此在正常状态下扭矩要求Td*被设置为扭矩命令值Tm*。在设置了扭矩命令值Tm*之后，CPU 72驱动并控制驱动电动机36以输出相应于扭矩命令值Tm*的扭矩，同时驱动并控制燃料电池30以输出相应于目标输出Pfc*的电能(步骤S240)。在对驱动电动机36及燃料电池30的控制完成后，驱动控制程序结束。通过考虑驱动电动机36的响应，驱动电动机36的控制程序执行水平测量程序和比较程序，并调节牵引变流器34的转换，由此以使驱动电动机36输出相应于扭矩命令值Tm*的扭矩。通过考虑驱动燃料电池30的响应，燃料电池30的控制程序执行水平测量程序和比较程序，并调节对空气压缩机28、直流-直流转换器54、以及循环泵26的驱动，由此使燃料电池30输出相应于目标输出Pfc*的电能。
另一方面，当在步骤S130及S140燃料电池30的当前状况存在燃料电池30迫近输出限制的可能性时，CPU 72将蓄电池60的目标SOC设置为标准值Sset与增加值S1的和(步骤S170)。如上所述，充电要求Pb*根据蓄电池60的当前充电状态(SOC)以及目标SOC来设置。增加的目标SOC导致设置较高的充电要求Pb*或者即使在相对较高的充电状态(SOC)也设置充电要求Pb*。这提高了蓄电池60的充电状态(SOC)。在设置了目标SOC之后，燃料电池30的充电水平限制Wch相应于燃料电池30的当前状况(燃料电池温度Tfc、电流Ifc、电压Vfc、空气压缩机温度Tac、及电池间电压Vcel)来设置(步骤S 180)。当能量要求P*处于相对较低的水平以允许对蓄电池60充电时，充电水平限制Wch被设置为燃料电池30的最大输出以保持其当前状态具有迫近输出限制的可能性。
充电水平限制Wch相对于燃料电池温度Tfc、电流Ifc、电压Vfc、空气压缩机温度Tac、及电池间电压Vcel的变化通过实验或其他方式确定并作为充电水平限制设置图存储在ROM 74中。本实施例的程序从该图中读取相应于燃料电池温度Tfc、电流Ifc、电压Vfc、空气压缩机温度Tac、及电池间电压Vcel的给定值的充电水平限制Wch。充电水平限制Wch被设置成燃料电池30的当前状况越接近强加输出限制的状况就越低。将能量要求P*与充电水平限制Wch进行比较(步骤S190)。当能量要求P*大于充电水平限制Wch时，能量要求P*被设置为燃料电池30的目标输出Pfc*(步骤S200)。另一方面，当能量要求P*不大于充电水平限制Wch时，将充电水平限制Wch与能量要求P*和充电要求Pb*的和之间的较小者设置为目标输出Pfc*(步骤S210)。在能量要求P*大于充电水平限制Wch的情况下，程序控制燃料电池30最大可能程度地输出能量要求P*。另一方面，在能量要求P*不大于充电水平限制Wch的情况下，程序控制燃料电池30输出能量要求P*，同时在充电水平限制Wch的范围内对蓄电池60充电。因此可对蓄电池60充电而不会使燃料电池30的状态接近要强加输出限制的状态。随后CPU 72将驱动电动机36的扭矩命令值Tm*设置为扭矩要求Td*与蓄电池60的输出限制Wout和最大输出Wbmax的和除以驱动轴的转速(k·V)的商中的较小者(步骤S230)。然后CPU 72驱动并控制驱动电动机36以输出相应于扭矩命令值Tm*的扭矩，同时驱动并控制燃料电池30以输出相应于目标输出Pfc*的电能(步骤S240)。在对驱动电动机36及燃料电池30的控制完成后，驱动控制程序结束。
在步骤S120，当输出限制Wout低于燃料电池30的最大额定输出Wmax时，燃料电池30具有输出限制。相应的，CPU 72将能量要求P*与输出限制Wout的较小者设置为燃料电池30的目标输出Pfc*(步骤S220)。即燃料电池30的目标输出Pfc*被设置在输出限制Wout的范围内。随后CPU 72将驱动电动机36的扭矩命令值Tm*设置为扭矩要求Td*与蓄电池60的输出限制Wout和最大输出Wbmax的和除以驱动轴的转速(k·V)的商中的较小者(步骤S230)。然后CPU 72驱动并控制驱动电动机36以输出相应于扭矩命令值Tm*的扭矩，同时驱动并控制燃料电池30以输出相应于目标输出Pfc*的电能(步骤S240)。在对驱动电动机36及燃料电池30的控制完成后，驱动控制程序结束。
在上述实施例的电动汽车10中，当燃料电池30的当前状态存在迫近输出限制的可能性时，增加蓄电池60的目标SOC以提高蓄电池60的充电状态(SOC)并使得蓄电池60为可能的对燃料电池30的输出限制作准备。提高蓄电池60的充电状态(SOC)的程序设置充电水平限制Wch使得燃料电池30保持存在迫近输出限制可能性的当前状态，并在充电水平限制Wch的范围内对蓄电池60充电。因此可以对蓄电池60进行充电而不会使燃料电池30的状态接近要强加输出限制的状态。
本实施例的电动汽车10基于对燃料电池温度Tfc、电流Ifc、电压Vfc、空气压缩机温度Tac、及电池间电压Vcel的检测值来判断燃料电池30的当前状态是否存在迫近输出限制的可能性。一种改变的程序可以基于这些检测值以及其他参数来判断燃料电池30的当前状态是否存在迫近输出限制的可能性。另一种改变的程序可以基于除了对燃料电池温度Tfc、电流Ifc、电压Vfc、空气压缩机温度Tac、及电池间电压Vcel的检测值以外的其他参数来判断燃料电池30的当前状态是否存在迫近输出限制的可能性。
本实施例的电动汽车10在燃料电池30的当前状态存在迫近输出限制的可能性时将蓄电池60的目标SOC设置为标准值Sset与固定增加值S1的和。一种改变的程序可以将蓄电池60的目标SOC设置为标准值Sset与相应于燃料电池30的状态变化的增加值的和。增加值可以设置成燃料电池30的当前状态越接近要强加输出限制的状态就越大。
在本实施例的电动汽车10中，提高蓄电池60的充电状态(SOC)的程序设置充电水平限制Wch以使燃料电池30保持存在迫近输出限制可能性的当前状态，并在充电水平限制Wch的范围内对蓄电池60充电。一种改变的程序可在限制值的范围内对蓄电池60充电，该限制值低于使燃料电池30保持存在迫近输出限制可能性的当前状态的充电水平限制Wch。
另一改变程序可在限制值的范围内对蓄电池60充电，该限制值略高于使燃料电池30保持存在迫近输出限制可能性的当前状态的充电水平限制Wch。
无论燃料电池30的当前状态是否存在迫近输出限制的可能性，本实施例的电动汽车10都根据能量要求P*设置燃料电池30的目标输出Pfc*。在对燃料电池30的输出限制下，燃料电池30的目标输出Pfc*根据能量要求P*被设置在输出限制Wout的范围内。燃料电池30的目标输出Pfc*也可以不根据能量要求P*来设置。
本实施例的电动汽车10利用燃料电池30作为发电装置。但安装在汽车上的发电装置并不限于燃料电池30，而可以是内燃机与发电机的结合。在此变形结构中，控制程序根据内燃机与发电机中至少一个的状态来改变蓄电池60的目标SOC。
上述实施例涉及安装在机动车上的驱动系统。本发明的驱动系统可以被安装在除机动车以外的各种其他车辆上，并可以安装在各种移动物体上，包括舰船、舰艇、及飞行器。该驱动系统也可被组合在诸如建筑机械的不移动的设备中。本发明的原理并不限于驱动系统，还可以通过对驱动系统的控制方法来实现。
上述实施例在所有方面应被认为是说明性而非限制性的。可以有各种改变，变化以及替换而不脱离本发明的主要特征的范围或精神。这里意在包含落入权利要求的含义及等同范围内的全部改变。
工业应用性本发明的技术可应用于对驱动系统的工业制造。
权利要求
1.一种驱动系统，包括接收燃料供应并产生电能的发电模组；可以以所述发电模组产生的电能充电的蓄电器模组；驱动模组，所述驱动模组能通过供应所述发电模组产生的电能以及从所述蓄电器模组放电的电能而致动；检测所述发电模组的当前状态的状态检测模组；以及控制模组，当由所述状态检测模组所检测的所述发电模组的当前状态处于预定状态区域中时，所述控制模组控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至第一目标蓄电量，所述预定状态区域包含在可确保所述发电模组的适当运行的适当状态范围内，当由所述状态检测模组所检测的所述发电模组的当前状态处于所述适当状态范围内但处于所述预定状态区域之外时，所述控制模组控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至第二目标蓄电量，当由所述状态检测模组所检测的所述发电模组的当前状态处于所述适当状态范围之外时，在所述发电模组的限制运行下，所述控制模组控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至所述第一目标蓄电量或所述第二目标蓄电量。
2.根据权利要求1所述的驱动系统，其中所述控制模组设置所述驱动模组所需的驱动状态要求，并控制所述驱动模组在特定驱动状态下被致动以满足所设置的驱动状态要求。
3.根据权利要求2所述的驱动系统，其中所述控制模组控制所述发电模组以随着所设置的驱动状态要求的负载的增加而产生较高水平的电能。
4.根据权利要求1所述的驱动系统，其中所述第二目标蓄电量高于所述第一目标蓄电量。
5.根据权利要求1所述的驱动系统，其中相应于所述发电模组的检测状态来设置所述第二目标蓄电量。
6.根据权利要求5所述的驱动系统，其中所述第二目标蓄电量被设置成所述发电模组的被检测状态越接近所述适当状态范围的边界就越大。
7.根据权利要求1所述的驱动系统，其中所述发电模组包括燃料电池组以及操作所述燃料电池组所需的辅助机构，且所述状态检测模组检测所述燃料电池组与所述辅助机构两者的当前状态。
8.根据权利要求7所述的驱动系统，其中所述状态检测模组检测所述燃料电池组的温度、所述燃料电池组的电压水平、包含在所述燃料电池组中的单元燃料电池的电压水平、所述燃料电池组的电流-电压特性、以及所述辅助机构的温度中的至少一者作为所述发电模组的所述当前状态。
9.根据权利要求1所述的驱动系统，其中当由所述状态检测模组所检测的所述发电模组的所述当前状态处于所述适当状态范围内但处于所述预定状态区域之外时，所述控制模组控制所述发电模组，随着所述蓄电器模组的蓄电量的增加，保持所述当前状态。
10.一种驱动系统，包括在其中积蓄电能的蓄电器模组；在允许的范围内产生电能至预定输出上限的发电模组；驱动模组，所述驱动模组能通过供应所述发电模组产生的电能以及从所述蓄电器模组放电的电能而致动；蓄电量调节模组，所述蓄电量调节模组使由所述发电模组产生的电能在所述蓄电器模组中积蓄至预定目标蓄电量；输出上限改变模组，所述输出上限改变模组根据所述发电模组的当前状态改变所述发电模组的输出上限；降低可能性检测模组，所述降低可能性检测模组检测由所述输出上限改变模组改变的输出上限迫近降低的可能性；以及目标蓄电量提升模组，响应于由所述降低可能性检测模组对输出上限迫近降低的可能性的检测，所述目标蓄电量提升模组提升由所述蓄电量调节模组所设置的目标蓄电量。
11.一种移动物体，在所述移动物体上安装有根据权利要求1至10中任一项所述的驱动系统，所述移动物体通过所述驱动模组的致动而移动。
12.一种驱动系统的控制方法，所述驱动系统包括接收燃料供应并产生电能的发电模组；可以以所述发电模组产生的电能充电的蓄电器模组；以及通过供应所述发电模组产生的电能以及从所述蓄电器模组放电的电能而致动的驱动模组，所述控制方法包括以下步骤(a)检测所述发电模组的当前状态；及(b)当所述发电模组被检测的当前状态处于预定状态区域中时，控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至第一目标蓄电量，所述预定状态区域包含在可确保所述发电模组的适当运行的适当状态范围内，当所述发电模组被检测的当前状态处于所述适当状态范围内但处于所述预定状态区域之外时，控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至第二目标蓄电量，当所述发电模组被检测的当前状态处于所述适当状态范围之外时，在所述发电模组的限制运行下，控制所述发电模组以将所述蓄电器模组的蓄电量调整至所述第一目标蓄电量或所述第二蓄电量。
13.根据权利要求12所述的驱动系统的控制方法，其中所述步骤(b)设置所述驱动模组所需的驱动状态要求，并控制所述驱动模组使其在特定驱动状态下被致动以满足所设置的驱动状态要求。
14.根据权利要求13所述的驱动系统的控制方法，其中所述步骤(b)控制所述发电模组以随着所设置的驱动状态要求的负载的增加而产生较高水平的电能。
15.根据权利要求12所述的驱动系统的控制方法，其中当所述发电模组的被检测当前状态处于所述适当状态范围内但处于所述预定状态区域之外时，随着所述蓄电器模组的蓄电量的增加，所述步骤(b)控制所述发电模组以保持所述当前状态。
全文摘要
当燃料电池30的当前状态存在迫近输出限制的可能性时，本发明的控制程序提升蓄电池60的目标SOC(步骤S170)，并设置充电水平限制Wch(步骤S180)以使燃料电池30保持其存在迫近输出限制的可能性的当前状态。控制程序在设置的充电水平限制Wch的范围内对蓄电池60充电(步骤S210)并使电动机36输出处于预定的扭矩要求Td
文档编号H01M8/04GK1942337SQ20058001100
公开日2007年4月4日 申请日期2005年4月11日 优先权日2004年4月12日
发明者繁雅裕 申请人:丰田自动车株式会社