專利名稱：采用燃料電池和可充放電的蓄電部的電力供給的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用了燃料電池和可充放電的蓄電部的電力供給。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，考慮到地球環(huán)境而提出了一種裝有以燃料電池為電源的電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力源的電動(dòng)汽車及雙動(dòng)力汽車。所謂燃料電池，是指通過使氫氣氧化的電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電的裝置。由于從燃料電池排出的主要是水蒸汽，所以采用了燃料電池的雙動(dòng)力汽車或電動(dòng)汽車，在環(huán)境性上是優(yōu)越的。
但是，燃料電池，一般具有對(duì)要求電力的輸出響應(yīng)度低的特性。就是說(shuō)，當(dāng)急劇地操作了油門時(shí)，有時(shí)不能迅速地提供與之對(duì)應(yīng)的電力。其原因是，氣體燃料供給的響應(yīng)度低。
如果能以與要求電力無(wú)關(guān)的方式持續(xù)地對(duì)燃料電池供給大量的氣體燃料，則可以提高輸出響應(yīng)度，但在用于供給氣體燃料的泵等的驅(qū)動(dòng)上將浪費(fèi)很多能量，因而有損于能量轉(zhuǎn)換效率。
在現(xiàn)有技術(shù)中，也提出過一種將燃料電池與蓄電池并用從而以蓄電池的電力補(bǔ)償燃料電池的響應(yīng)滯后的方案。例如，將燃料電池和蓄電池作為電源，并當(dāng)要求電力的變化小到使燃料電池能夠跟蹤的程度時(shí)，由燃料電池單獨(dú)輸出電力，而當(dāng)要求電力的變化大時(shí)，由燃料電池和蓄電池雙方輸出電力。蓄電池，由燃料電池適當(dāng)?shù)爻潆姟?br> 燃料電池，是最近正在進(jìn)行開發(fā)的裝置。因此，在通過對(duì)其進(jìn)行控制而提高響應(yīng)度的可能性方面尚未進(jìn)行充分的研究。另外，當(dāng)將燃料電池與蓄電池等可充放電的電源并用時(shí)，也沒有充分地研究將兩者所具有的特性上的優(yōu)點(diǎn)以最佳方式組合的電力供給方法。
發(fā)明的公開本發(fā)明的目的在于，提供一種確保燃料電池對(duì)要求電力的輸出響應(yīng)度并將其更有效地用作電源的技術(shù)。
為解決上述課題的至少一部分，本發(fā)明采用了以下的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的第1電力供給裝置，將燃料電池和可充放電的蓄電部作為電源而進(jìn)行電力的供給，該電力供給裝置的特征在于，備有要求電力輸入部，隨時(shí)輸入對(duì)上述電力供給部的要求電力；存儲(chǔ)部，存儲(chǔ)上述要求電力與上述燃料電池應(yīng)輸出的目標(biāo)輸出值的關(guān)系、即將與該要求電力的變化量對(duì)應(yīng)的該目標(biāo)輸出值的變化量的斜率設(shè)定在不超過根據(jù)上述燃料電池的輸出響應(yīng)度決定的規(guī)定值的范圍內(nèi)的關(guān)系；目標(biāo)輸出值設(shè)定部，參照上述存儲(chǔ)部并根據(jù)上述要求電力設(shè)定上述目標(biāo)輸出值；燃料電池控制部，根據(jù)上述目標(biāo)輸出值控制上述燃料電池的運(yùn)行；充放電部，根據(jù)上述要求電力及上述目標(biāo)輸出值進(jìn)行上述蓄電部的充放電。
在本發(fā)明中，將燃料電池的目標(biāo)輸出值設(shè)定在不超過根據(jù)燃料電池的輸出響應(yīng)度決定的規(guī)定值的范圍內(nèi)，換句話說(shuō)，設(shè)定在使燃料電池的輸出能夠跟蹤要求電力的變化的范圍內(nèi)。因此，燃料電池，可以跟蹤目標(biāo)輸出值并能穩(wěn)定地輸出電力。其結(jié)果是，可以平穩(wěn)地控制燃料電池的輸出，并能抑制蓄電部的過量的充放電。
如將該目標(biāo)輸出值設(shè)定為超出燃料電池可以跟蹤的范圍，則燃料電池的運(yùn)行將變成任意變化的狀態(tài)，因而實(shí)際上不能進(jìn)行控制。在本發(fā)明中，通過限制目標(biāo)輸出值的設(shè)定范圍，可以保持對(duì)燃料電池的控制。因此，能夠充分地利用燃料電池的能力。其結(jié)果是，不僅可以抑制蓄電部的過量的充放電，而且能以良好的響應(yīng)度輸出電力。
要求電力，可以用各種參數(shù)輸入。例如，當(dāng)將本發(fā)明應(yīng)用于車輛時(shí)，例如可以將油門開度作為參數(shù)。
在本發(fā)明的電力供給裝置中，充放電部，最好進(jìn)行補(bǔ)償上述要求電力與上述燃料電池供給的電力之差的控制。
作為蓄電部，例如可采用二次電池或電容器。所謂補(bǔ)償，意味著當(dāng)至少燃料電池的輸出不能滿足要求電力時(shí)通過蓄電部的放電而補(bǔ)充不足的部分。同時(shí)，更理想的是，當(dāng)燃料電池的輸出超過要求電力時(shí)，可以用剩余的電力進(jìn)行充電。
在上述電力供給裝置中，上述關(guān)系，在上述要求電力低的第1規(guī)定區(qū)域內(nèi)，可以設(shè)定為使上述目標(biāo)輸出值大于該要求電力。在上述要求電力高的第2規(guī)定區(qū)域內(nèi)，也可以設(shè)定為使上述目標(biāo)輸出值小于該要求電力。
通過上述設(shè)定，可以提高燃料電池的平均運(yùn)行效率。
燃料電池，其發(fā)電效率隨要求電力而改變。在多數(shù)情況下，當(dāng)要求電力較低時(shí)運(yùn)行效率高，而當(dāng)要求電力較高時(shí)運(yùn)行效率低。通過根據(jù)上述關(guān)系設(shè)定目標(biāo)輸出值，當(dāng)要求電力低時(shí)，可以從燃料電池輸出剩余的電力而對(duì)蓄電部進(jìn)行充電。當(dāng)要求電力高時(shí)，可以抑制燃料電池的輸出而以蓄電部的輸出彌補(bǔ)不足的電力。按照這種方式，可以使燃料電池在高效率范圍內(nèi)運(yùn)行，并能提高電力供給裝置的能量轉(zhuǎn)換效率。
第1和第2區(qū)域，可以考慮燃料電池的發(fā)電效率、蓄電部的充電效率、在整個(gè)運(yùn)行期間內(nèi)的要求電力的標(biāo)準(zhǔn)平均值等而適當(dāng)設(shè)定。如第1區(qū)域過寬，則將導(dǎo)致蓄電部的充電過量。如第2區(qū)域過寬，則將導(dǎo)致蓄電部的充電不足。在這兩種情況下，都將使作為電力供給裝置的整體的能量轉(zhuǎn)換效率降低。當(dāng)設(shè)定第1和第2區(qū)域時(shí)，如考慮標(biāo)準(zhǔn)的平均值，就可以使蓄電部的充放電達(dá)到均衡，并能提高能量轉(zhuǎn)換效率。
另外，在本發(fā)明的電力供給裝置中，最好還備有檢測(cè)上述蓄電部的剩余容量的檢測(cè)部，上述關(guān)系，最好按該每個(gè)剩余容量設(shè)定，上述目標(biāo)輸出值設(shè)定部，在設(shè)定該目標(biāo)輸出值時(shí)最好也考慮上述剩余容量。
例如，上述關(guān)系，最好是上述剩余容量越少將上述目標(biāo)輸出值設(shè)定得越大的關(guān)系。
按照這種方式，當(dāng)蓄電部的剩余容量減低時(shí)，可以由燃料電池充電。由于可以很容易地將蓄電部的充電量保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，所以能夠?qū)崿F(xiàn)蓄電部的小型化及電力供給裝置的小型化。
本發(fā)明的第2電力供給裝置，將燃料電池和可充放電的蓄電部作為電源而進(jìn)行電力的供給，該電力供給裝置的特征在于，備有燃料電池控制部，根據(jù)規(guī)定的目標(biāo)輸出值控制上述燃料電池的運(yùn)行；充放電部，進(jìn)行上述蓄電部的充放電，用以補(bǔ)償要求電力與上述燃料電池可輸出的電力之差；變化率檢測(cè)部，檢測(cè)上述要求電力的變化率；目標(biāo)輸出值設(shè)定部，當(dāng)上述變化率的絕對(duì)值超過規(guī)定值時(shí)，根據(jù)上述要求電力變更上述目標(biāo)輸出值。
第2電力供給裝置，相當(dāng)于限制目標(biāo)輸出值的設(shè)定時(shí)刻的形態(tài)。通過避免目標(biāo)輸出值的頻繁變化，可以實(shí)現(xiàn)燃料電池的穩(wěn)定運(yùn)行。
就是說(shuō)，在本發(fā)明中，在要求電力的變化率超過規(guī)定值的時(shí)刻，設(shè)定新的目標(biāo)輸出值。當(dāng)變化率小時(shí)，保持目標(biāo)輸出值。按照這種方式，可以使燃料電池的目標(biāo)輸出值的設(shè)定相對(duì)于要求電力的小的變化的靈敏度減低。其結(jié)果是，可以穩(wěn)定地控制燃料電池。由要求電力的小的變化產(chǎn)生的燃料電池的輸出的過與不足，可以由蓄電部進(jìn)行補(bǔ)償。因此，與第1電力供給裝置一樣，不僅可以確保對(duì)要求電力的輸出響應(yīng)度，而且能實(shí)現(xiàn)燃料電池的有效利用。
第2電力供給裝置，還具有能夠提高裝置整體的能量轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)點(diǎn)。假定燃料電池的輸出為一定值并考慮由蓄電部對(duì)與要求電力對(duì)應(yīng)的過與不足進(jìn)行補(bǔ)償?shù)目刂?。在這種情況下，燃料電池的輸出與要求電力之差越大，則由蓄電部補(bǔ)償?shù)碾娏υ蕉?。這種狀態(tài)下的電力供給，很容易導(dǎo)致蓄電部充放電的不均衡。此外，由于在充放電過程中伴隨著能量損失，所以還將導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換效率的降低。在第2電力供給裝置中，由于在規(guī)定的時(shí)刻更新燃料電池的目標(biāo)輸出值，所以可以將燃料電池的輸出保持在與要求電力接近的值，因而能抑制由蓄電部補(bǔ)償?shù)碾娏?。其結(jié)果是，可以消除上述的弊病，并能提高能量轉(zhuǎn)換效率。
在第2電力供給裝置中，最好還根據(jù)剩余容量的變化校正上述目標(biāo)輸出值。按照這種方式，可以比較容易地將蓄電部的剩余容量保持在規(guī)定范圍內(nèi)。
本發(fā)明的第3電力供給裝置，將燃料電池和可充放電的蓄電部作為電源而進(jìn)行電力的供給，該電力供給裝置的特征在于，備有要求電力輸入部，隨時(shí)輸入要求電力；要求電力預(yù)測(cè)部，預(yù)測(cè)規(guī)定時(shí)間后的將來(lái)要求電力；目標(biāo)輸出值設(shè)定部，根據(jù)將來(lái)要求電力、當(dāng)前要求電力及上述燃料電池的輸出響應(yīng)度，設(shè)定上述燃料電池在當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)輸出的目標(biāo)輸出值；燃料電池控制部，根據(jù)上述目標(biāo)輸出值控制上述燃料電池的運(yùn)行；充放電部，進(jìn)行上述蓄電部的充放電，用以補(bǔ)償上述當(dāng)前要求電力與上述燃料電池可輸出的電力之差。
第3電力供給裝置，根據(jù)對(duì)將來(lái)的預(yù)測(cè)改變?nèi)剂想姵氐哪繕?biāo)輸出值，從而可以提高響應(yīng)度。而且，能夠抑制蓄電部的充放電量。
目標(biāo)輸出值的設(shè)定，例如，可以采用使目標(biāo)輸出值隨將來(lái)要求電力的增加而增大的形態(tài)、隨將來(lái)要求電力的減少而減小的形態(tài)。
第3電力供給裝置，最好也根據(jù)剩余容量的變化校正上述目標(biāo)輸出值。
電力的預(yù)測(cè)，例如，可以備有預(yù)先存儲(chǔ)了規(guī)定著從電力供給裝置接受電力供給的負(fù)荷的將來(lái)運(yùn)行狀態(tài)的負(fù)荷信息的負(fù)荷信息存儲(chǔ)部并根據(jù)該負(fù)荷信息進(jìn)行預(yù)測(cè)。
所謂負(fù)荷信息，例如是與將來(lái)的運(yùn)行計(jì)劃相當(dāng)?shù)男畔?。在將本發(fā)明的電力供給裝置安裝在車輛內(nèi)時(shí)，可以將從導(dǎo)航系統(tǒng)提供的路徑信息用作負(fù)荷信息。
在路徑信息中，包含著車輛行駛的道路的坡度等信息。例如，在將本發(fā)明應(yīng)用于汽車的情況下，當(dāng)行駛的前方有上坡時(shí)、或駛?cè)敫咚俾窌r(shí)，通過使用路徑信息，可以預(yù)先提高燃料電池的目標(biāo)輸出值從而使輸出增大。
除此之外，電力的預(yù)測(cè)，還可以利用過去的歷史等各種信息進(jìn)行。
本發(fā)明，除構(gòu)成上述的電力供給裝置外，也可以構(gòu)成為電力供給裝置的控制方法。還可以通過將電力供給裝置與將其作為電源的電動(dòng)機(jī)組合而構(gòu)成為動(dòng)力輸出裝置。進(jìn)一步，也可以構(gòu)成為將該電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力源的電動(dòng)汽車或雙動(dòng)力車輛。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1是第1實(shí)施例的雙動(dòng)力車輛的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示燃料電池系統(tǒng)的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
圖3是表示對(duì)控制單元70的輸入輸出信號(hào)的接線的說(shuō)明圖。
圖4是表示車輛行駛狀態(tài)與動(dòng)力源的關(guān)系的說(shuō)明圖。
圖5是區(qū)域MG中的動(dòng)力輸出處理例程的流程圖。
圖6是表示剩余容量SOC、油門開度及目標(biāo)輸出值的關(guān)系的說(shuō)明圖。
圖7是表示燃料電池60的目標(biāo)輸出值、實(shí)際輸出、蓄電池50的輸出的變化的時(shí)間圖。
圖8是表示燃料電池60的目標(biāo)輸出值、實(shí)際輸出、蓄電池50的輸出的變化的作為比較例的時(shí)間圖。
圖9是第2實(shí)施例的目標(biāo)輸出值的設(shè)定處理流程圖。
圖10是表示燃料電池60的目標(biāo)輸出值、實(shí)際輸出、蓄電池50的輸出的變化的時(shí)間圖。
圖11是第3實(shí)施例的雙動(dòng)力車輛的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)圖。
圖12是第3實(shí)施例的動(dòng)力輸出處理例程的流程圖。
圖13是目標(biāo)輸出值校正處理的流程圖。
圖14是表示燃料電池60的目標(biāo)輸出值、實(shí)際輸出、蓄電池50的輸出的變化的時(shí)間圖。
圖15是電動(dòng)車輛的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)圖。
用于實(shí)施發(fā)明的最佳形態(tài)根據(jù)對(duì)雙動(dòng)力車輛的應(yīng)用例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。
(1)裝置的結(jié)構(gòu)圖1是第1實(shí)施例的雙動(dòng)力車輛的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施例的雙動(dòng)力車輛的動(dòng)力源，為發(fā)動(dòng)機(jī)10和電動(dòng)機(jī)20。如圖所示，本實(shí)施例的雙動(dòng)力車輛的動(dòng)力系統(tǒng)，具有從上游側(cè)起將發(fā)動(dòng)機(jī)10、輸入離合器18、電動(dòng)機(jī)20、液力變矩器30、及變速器100串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。即，發(fā)動(dòng)機(jī)10的曲軸12，通過輸入離合器18與電動(dòng)機(jī)20連接。通過輸入離合器18的結(jié)合、斷開，可以斷續(xù)地傳遞來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)10的動(dòng)力。電動(dòng)機(jī)20的旋轉(zhuǎn)軸13，還連接著液力變矩器30。液力變矩器30的輸出軸14，連接著變速器100。變速器100的輸出軸15，通過差動(dòng)齒輪16與車軸17連接。以下，按順序說(shuō)明各構(gòu)成要素。
發(fā)動(dòng)機(jī)10，是通常的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。但是，發(fā)動(dòng)機(jī)10具有可以相對(duì)于活塞的上下運(yùn)動(dòng)調(diào)整用于將汽油與空氣的混合氣吸入氣缸的吸氣閥及用于將燃燒后的廢氣從氣缸排出的排氣閥的開閉時(shí)序的機(jī)構(gòu)(以下，將這種機(jī)構(gòu)稱作VVT機(jī)構(gòu))。關(guān)于VVT機(jī)構(gòu)，由于是眾所周知的，所以這里將其詳細(xì)的說(shuō)明省略。發(fā)動(dòng)機(jī)10，通過相對(duì)于活塞的上下運(yùn)動(dòng)調(diào)整開閉時(shí)序以使各閥延遲關(guān)閉，可以減低所謂的泵送損失。其結(jié)果是，當(dāng)使發(fā)動(dòng)機(jī)10與電動(dòng)機(jī)連接時(shí)可以減低應(yīng)從電動(dòng)機(jī)20輸出的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)使汽油燃燒而輸出動(dòng)力時(shí)，VVT機(jī)構(gòu)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)10的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行控制，以使各閥在燃燒效率最佳的時(shí)刻開閉。
電動(dòng)機(jī)20，是三相同步電動(dòng)機(jī)，備有在外周面設(shè)有多個(gè)永久磁鐵的轉(zhuǎn)子22及纏繞了用于形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的三相線圈的定子24。電動(dòng)機(jī)20，借助于轉(zhuǎn)子22所備有的永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)與由定子24的三相線圈形成的磁場(chǎng)之間的相互作用而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。而當(dāng)借助于外力使電動(dòng)機(jī)20轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由上述磁場(chǎng)的相互作用在三相線圈的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。此外，對(duì)電動(dòng)機(jī)20還可以采用使轉(zhuǎn)子22和定子24之間的磁通密度沿圓周方向按正弦分布的正弦波勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)，但在本實(shí)施例中采用了可以輸出較大轉(zhuǎn)矩的非正弦波勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)。
作為電動(dòng)機(jī)20的電源，備有蓄電池50和燃料電池系統(tǒng)60。但是，主電源為燃料電池系統(tǒng)60。當(dāng)燃料電池系統(tǒng)60出現(xiàn)故障時(shí)，或當(dāng)處在不能輸出足夠電力的過渡運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，將蓄電池50用作向電動(dòng)機(jī)20供給電力的電源，以彌補(bǔ)電力的不足。蓄電池50的電力，主要供給以對(duì)雙動(dòng)力車輛進(jìn)行控制為主的控制單元70及照明裝置等電力設(shè)備。
在電動(dòng)機(jī)20和各電源之間，設(shè)置著用于切換連接狀態(tài)的切換開關(guān)84。切換開關(guān)84，可以任意地切換蓄電池50、燃料電池系統(tǒng)60、電動(dòng)機(jī)20三者之間的連接狀態(tài)。定子24，通過切換開關(guān)84及驅(qū)動(dòng)電路51與蓄電池50電氣連接。另外，還通過切換開關(guān)84及驅(qū)動(dòng)電路52與燃料電池系統(tǒng)60連接。驅(qū)動(dòng)電路51、52，分別由晶體管逆變器構(gòu)成，相對(duì)于電動(dòng)機(jī)20的三相的每一相，備有將電源側(cè)和匯流側(cè)的2個(gè)作為一組的多個(gè)晶體管。該驅(qū)動(dòng)電路51、52，與控制單元70電氣連接。當(dāng)控制單元70對(duì)驅(qū)動(dòng)電路51、52的各晶體管的導(dǎo)通、截止時(shí)間進(jìn)行PWM(脈寬調(diào)制)控制時(shí)，在定子24的三相線圈內(nèi)流過以蓄電池50及燃料電池系統(tǒng)60為電源的模擬三相交流，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。如上所述，電動(dòng)機(jī)20，借助于這種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用而如上所述具有電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的功能。燃料電池系統(tǒng)60、蓄電池50、驅(qū)動(dòng)電路51、52、控制單元70、及切換開關(guān)84，起著電力供給裝置的作用。此外，上述各部再加上電動(dòng)機(jī)20和發(fā)動(dòng)機(jī)10等，將起著動(dòng)力輸出裝置的作用。
圖2是表示燃料電池系統(tǒng)的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。燃料電池系統(tǒng)60，其主要構(gòu)成要素為貯存甲醇的甲醇箱61、貯存水的水箱62、產(chǎn)生燃燒氣的燃燒器63、對(duì)空氣進(jìn)行壓縮的壓縮機(jī)64、與燃燒器63和壓縮機(jī)64并列設(shè)置的蒸發(fā)器65、通過重整反應(yīng)生成燃燒氣的重整器66、減低燃燒氣中的一氧化碳(CO)濃度的CO減低部67、通過電化反應(yīng)獲得電動(dòng)勢(shì)的燃料電池60A。上述各部的動(dòng)作，由控制單元70控制。
燃料電池60A，是固體高分子電解質(zhì)型的燃料電池，將由電解質(zhì)膜、陰極、陽(yáng)極及隔板構(gòu)成的多個(gè)電池單元層疊而構(gòu)成。電解質(zhì)膜，例如是由氟類樹脂等固體高分子材料形成的質(zhì)子傳導(dǎo)性離子交換膜。陰極和陽(yáng)極，都用由碳纖維編織成的碳織物形成。隔板，由壓縮碳粉而構(gòu)成的不透氣的質(zhì)地致密的碳膜等不透氣的導(dǎo)電性構(gòu)件形成。在陰極和陽(yáng)極之間，形成燃燒氣及氧化氣體的流路。
燃料電池系統(tǒng)60的各構(gòu)成要素按如下方式連接。甲醇箱61通過配管與蒸發(fā)器65連接。設(shè)在配管中間部位的泵P2，一邊調(diào)整流量，一邊將作為原燃料的甲醇供給蒸發(fā)器65。水箱62，也同樣用配管與蒸發(fā)器65連接。設(shè)在配管中間部位的泵P3，一邊調(diào)整流量，一邊將水供給蒸發(fā)器65。甲醇的配管和水的配管，分別在泵P2、P3的下游側(cè)匯合，并與與蒸發(fā)器65連接。
蒸發(fā)器65，使所供給的甲醇和水氣化。燃燒器63和壓縮機(jī)64與蒸發(fā)器65并列設(shè)置。蒸發(fā)器65，利用從燃燒器63供給的燃燒氣使甲醇和水沸騰、氣化。燃燒器63的燃料為甲醇。甲醇箱61，除蒸發(fā)器65外還通過配管與燃燒器63連接。甲醇由設(shè)在該配管中間部位的泵P1供給燃燒器63。燃料電池60A內(nèi)的在電化反應(yīng)中未消耗掉的剩余燃料排氣也供給到燃燒器63。燃燒器63，在甲醇和燃料排氣中以后者為主進(jìn)行燃燒。燃燒器63的燃燒溫度，根據(jù)傳感器T1的輸出進(jìn)行控制，大約保持在800℃～1000℃。當(dāng)燃燒器63的燃燒氣輸送到蒸發(fā)器65時(shí)，使渦輪旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)64。壓縮機(jī)64，從燃料電池系統(tǒng)60的外部吸入空氣后對(duì)其進(jìn)行壓縮，并將該壓縮空氣供給燃料電池60A的陽(yáng)極側(cè)。
蒸發(fā)器65和重整器66，通過配管相互連接。由蒸發(fā)器65得到的原氣體燃料、即甲醇和水的混合氣體，輸送到重整器66。重整器66，通過對(duì)由甲醇和水構(gòu)成的原氣體燃料進(jìn)行重整而生成富含氫氣的氣體燃料。此外，在從蒸發(fā)器65到重整器66的輸送配管的中間部位，設(shè)置著溫度傳感器T2，控制供給燃燒器63的甲醇量，以使該溫度通常為大約250℃的給定值。在重整器66的重整反應(yīng)中需加入氧氣。為了供給該重整反應(yīng)所需的氧氣，還并列設(shè)置著一個(gè)用于從外部向重整器66供給空氣的鼓風(fēng)機(jī)68。
重整器66和CO減低部67，通過配管連接。由重整器66得到的富含氫氣的氣體燃料，供給到CO減低部67。在重整器66內(nèi)的反應(yīng)過程中，通常在氣體燃料中含有一定量的一氧化碳(CO)。CO減低部67，可以減低該氣體燃料中的一氧化碳濃度。在固體高分子型的燃料電池中，氣體燃料中所含有的一氧化碳，將會(huì)影響陽(yáng)極的反應(yīng)因而是導(dǎo)致燃料電池的性能降低的因素。CO減低部67，通過將氣體燃料中的一氧化碳氧化為二氧化碳，可以減低一氧化碳濃度。
CO減低部67和燃料電池60A的陽(yáng)極，通過配管連接。將一氧化碳的濃度降低后的氣體燃料，供燃料電池60A的陰極側(cè)的電池反應(yīng)使用。此外，如上所述，將用于送入壓縮空氣的配管連接于燃料電池60A的陰極側(cè)。該空氣，作為氧化氣體供燃料電池60A的陽(yáng)極側(cè)的電池反應(yīng)使用。
具有以上結(jié)構(gòu)的燃料電池系統(tǒng)60，可以通過使用甲醇和水的化學(xué)反應(yīng)供給電力。在本實(shí)施例中，安裝了使用甲醇和水的燃料電池系統(tǒng)60，但燃料電池系統(tǒng)60并不限定于此，也可以采用使用重整汽油和天然氣、或純氫等的各種結(jié)構(gòu)。此外，在以下的說(shuō)明中，將燃料電池系統(tǒng)60統(tǒng)稱為燃料電池60。
液力變矩器30(圖1)，是采用流體的眾所周知的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)。液力變矩器30的輸入軸、即電動(dòng)機(jī)20的輸出軸13和液力變矩器30的輸出軸14，不是機(jī)械連接，而是能以相互間保持滑動(dòng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，在液力變矩器30內(nèi)，還設(shè)有在規(guī)定條件下將兩者連接的鎖定離合器，以使兩個(gè)轉(zhuǎn)軸之間不產(chǎn)生滑動(dòng)。鎖定離合器的結(jié)合、斷開，由控制單元70控制。
變速器100，內(nèi)部備有多個(gè)齒輪、離合器、單向離合器、制動(dòng)器等，是可以通過切換變速比而將液力變矩器30的輸出軸14的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)數(shù)變換后傳遞到輸出軸15的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，采用了可以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)5級(jí)、后退1級(jí)的變速級(jí)的變速器。變速器100的變速級(jí)，由控制單元70根據(jù)車速等設(shè)定。司機(jī)以手動(dòng)方式操作車內(nèi)備有的變速桿并選擇換檔位置，即可改變所使用的變速級(jí)范圍。
在本實(shí)施例的雙動(dòng)力車輛中，發(fā)動(dòng)機(jī)10、電動(dòng)機(jī)20、液力變矩器30、變速器100、輔機(jī)驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)80等的運(yùn)行，由控制單元70控制(參照?qǐng)D1)。控制單元70，是內(nèi)部備有CPU、RAM、ROM等的單片微型計(jì)算機(jī)，由CPU根據(jù)ROM內(nèi)所記錄的程序進(jìn)行后文所述的各種控制處理。在控制單元70上，連接著用于實(shí)現(xiàn)上述控制的各種輸入輸出信號(hào)。圖3是表示對(duì)控制單元70的輸入輸出信號(hào)的接線的說(shuō)明圖。在圖中的左側(cè)示出輸入到控制單元70的信號(hào)，在右側(cè)示出從控制單元70輸出的信號(hào)。
輸入到控制單元70的信號(hào)，是來(lái)自各種開關(guān)及傳感器的信號(hào)。在這些信號(hào)中，例如，有燃料電池溫度、燃料電池剩余燃料量、蓄電池剩余容量SOC、蓄電池溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)10的水溫、點(diǎn)火開關(guān)、發(fā)動(dòng)機(jī)10的轉(zhuǎn)數(shù)、ABS計(jì)算機(jī)、驅(qū)霧器、空氣壓縮機(jī)的開、停、車速、液力變矩器30的油溫、換檔位置、側(cè)閘的通、斷、腳踏制動(dòng)器的踏入量、凈化發(fā)動(dòng)機(jī)10的排氣的觸媒的溫度、與油門踏板55的操作量對(duì)應(yīng)的油門開度、凸輪角傳感器、驅(qū)動(dòng)力源制動(dòng)開關(guān)、旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)等。除此之外，對(duì)控制單元70還輸入著許多信號(hào)，這里，將其圖示省略。
從控制單元70輸出的信號(hào)，是用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)10、電動(dòng)機(jī)20、液力變矩器30、變速器100等的信號(hào)。在這些信號(hào)中，例如，有用于控制電子節(jié)流閥的信號(hào)、控制發(fā)動(dòng)機(jī)10的點(diǎn)火周期的點(diǎn)火信號(hào)、控制燃料噴射的燃料噴射信號(hào)、控制電動(dòng)機(jī)20的運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)控制信號(hào)、減速裝置的控制信號(hào)、ABS傳動(dòng)裝置的控制信號(hào)、電動(dòng)機(jī)20的電源切換開關(guān)84的控制信號(hào)、蓄電池50的控制信號(hào)、燃料電池系統(tǒng)60的控制信號(hào)等。除此之外，還從控制單元70輸出許多信號(hào)，這里，將其圖示省略。
(2)一般動(dòng)作以下，說(shuō)明本實(shí)施例的雙動(dòng)力車輛的一般動(dòng)作。如在以上的圖1中所述，本實(shí)施例的雙動(dòng)力車輛，作為動(dòng)力源備有發(fā)動(dòng)機(jī)10和電動(dòng)機(jī)20。控制單元70，在行駛中根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)、即車速及轉(zhuǎn)矩而將兩者分別使用。兩者的分別使用，預(yù)先按變換圖設(shè)定，并存儲(chǔ)在控制單元70中的ROM內(nèi)。
圖4是表示車輛行駛狀態(tài)與動(dòng)力源的關(guān)系的說(shuō)明圖。圖中的區(qū)域MG，是將電動(dòng)機(jī)20作為動(dòng)力源行駛的區(qū)域。區(qū)域MG外側(cè)的區(qū)域，是將發(fā)動(dòng)機(jī)10作為動(dòng)力源行駛的區(qū)域(區(qū)域EG)。以下，將前者稱作EV行駛，將后者稱作發(fā)動(dòng)機(jī)行駛。按照?qǐng)D1的結(jié)構(gòu)，也可以將發(fā)動(dòng)機(jī)10和電動(dòng)機(jī)20兩者作為動(dòng)力源行駛，但在本實(shí)施例中，沒有設(shè)定這樣的區(qū)域。
如圖所示，本實(shí)施例的雙動(dòng)力車輛，當(dāng)在點(diǎn)火開關(guān)88接通的狀態(tài)下開始行駛時(shí)，首先以EV行駛方式出發(fā)。在該區(qū)域內(nèi)，使輸入離合器18斷開而行駛。在按EV行駛方式出發(fā)的車輛達(dá)到圖4的變換圖中的區(qū)域MG和區(qū)域EG的邊界附近的行駛狀態(tài)的時(shí)刻，控制單元70將輸入離合器18結(jié)合，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)10起動(dòng)。當(dāng)使輸入離合器18結(jié)合時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)10由電動(dòng)機(jī)20帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。在發(fā)動(dòng)機(jī)10的轉(zhuǎn)數(shù)增加到規(guī)定值的時(shí)刻，控制單元70，使燃料噴射并點(diǎn)火。在按這種方式使發(fā)動(dòng)機(jī)10起動(dòng)后，在區(qū)域EG內(nèi)只將發(fā)動(dòng)機(jī)10作為動(dòng)力源而行駛。當(dāng)開始在該區(qū)域內(nèi)行駛時(shí)，控制單元70，使驅(qū)動(dòng)電路51、52的晶體管全部截止。其結(jié)果是，使電動(dòng)機(jī)20變?yōu)橹皇强辙D(zhuǎn)的狀態(tài)。
控制單元70，在進(jìn)行這種根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)切換動(dòng)力源的控制的同時(shí)，還進(jìn)行切換變速器100的變速級(jí)的處理。變速級(jí)的切換，與動(dòng)力源的切換一樣，根據(jù)按車輛行駛狀態(tài)預(yù)先設(shè)定的變換圖進(jìn)行。變換圖，也隨換檔位置而不同。圖5中示出與D位置、4位置、3位置相當(dāng)?shù)淖儞Q圖。如該變換圖所示，控制單元70，執(zhí)行變速級(jí)的切換，使變速比隨車速的增加而減小。
(3)動(dòng)力輸出處理以下，說(shuō)明區(qū)域MG中的動(dòng)力輸出處理。圖5是第1實(shí)施例的區(qū)域MG中的動(dòng)力輸出處理例程的流程圖。這是當(dāng)車輛處在工作狀態(tài)時(shí)、即當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)88處于接通狀態(tài)時(shí)執(zhí)行的處理。當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)88為斷開狀態(tài)時(shí)，整個(gè)車輛的工作停止，所以不執(zhí)行這種處理。當(dāng)開始這種處理時(shí)，CPU，輸入各種傳感器和開關(guān)的信號(hào)(步驟S100)。然后，由CPU判斷燃料電池(FCFuel Cell)60是否是可發(fā)電的狀態(tài)(步驟S110)。
根據(jù)輸入到控制單元70的燃料電池溫度及燃料電池剩余燃料量等進(jìn)行判斷，如判定燃料電池60為可發(fā)電狀態(tài)，則進(jìn)行燃料電池60應(yīng)輸出的目標(biāo)輸出值的設(shè)定處理(步驟S120)。該處理，使用在步驟S100中所輸入的信號(hào)中的蓄電池50的剩余容量SOC及油門開度。另外，還參照后文所述的存儲(chǔ)在ROM內(nèi)的表，根據(jù)這些參數(shù)設(shè)定燃料電池60的目標(biāo)輸出值。這里，油門開度，是與對(duì)包含燃料電池60及蓄電池50的電力供給裝置的要求電力有關(guān)的參數(shù)，由油門踏板55的操作量決定。
圖6是表示第1實(shí)施例的蓄電池50的剩余容量SOC、油門開度及燃料電池60的目標(biāo)輸出值的關(guān)系的說(shuō)明圖。此外，用細(xì)線L示出與油門開度對(duì)應(yīng)的對(duì)電力供給裝置的要求電力。在本實(shí)施例中，根據(jù)油門開度和蓄電池50的剩余容量SOC設(shè)定燃料電池60的目標(biāo)輸出值。用實(shí)線示出的線L1、用虛線示出的線L2、用單點(diǎn)鎖線示出的線L3，蓄電池50的剩余容量SOC各不相同，并按其順序減低。這些關(guān)系，以圖表的形式存儲(chǔ)在控制單元70中的ROM內(nèi)。此外，在本實(shí)施例中，根據(jù)蓄電池50的剩余容量SOC按3級(jí)設(shè)定燃料電池60的目標(biāo)輸出值，但也可以設(shè)定為更多的級(jí)或使其連續(xù)變化。
在本實(shí)施例中，如圖6所示，將與油門開度的變化量對(duì)應(yīng)的目標(biāo)輸出值的變化量的斜率設(shè)定為不超過規(guī)定的最大斜率。該最大值，是即使油門開度急劇變化燃料電池60的輸出也能跟蹤目標(biāo)輸出值的值。
在油門開度較小的區(qū)域(圖中的區(qū)域X)，將目標(biāo)輸出值設(shè)定為高于要求電力，在油門開度較大的區(qū)域(圖中的區(qū)域Y)，將目標(biāo)輸出值設(shè)定為低于要求電力。就是說(shuō)，將燃料電池60的輸出限定在圖中所示的區(qū)域A內(nèi)。本實(shí)施例的燃料電池60，在圖中所示的區(qū)域A內(nèi)具有高的發(fā)電效率。因此，按照上述方式設(shè)定目標(biāo)輸出值，即可使燃料電池60得到高效率的使用。
例如，當(dāng)蓄電池50的剩余容量SOC為正常狀態(tài)時(shí)(線L1)，如作為油門開度輸入較小的值P，則設(shè)定高于要求電力Di的目標(biāo)值Dp1。按照這種設(shè)定，可以從燃料電池60輸出大于要求電力的電力。從燃料電池60輸出的電力中的剩余電力，對(duì)蓄電池50進(jìn)行充電。
另外，當(dāng)蓄電池50的剩余容量SOC為少的狀態(tài)時(shí)(線L2)，如作為油門開度仍輸入值P，則設(shè)定比蓄電池50的剩余容量SOC為正常狀態(tài)時(shí)的目標(biāo)輸出值Dp1高的目標(biāo)輸出值Dp2。按照這種設(shè)定，可以從燃料電池60輸出比正常時(shí)大的電力。從燃料電池60輸出的電力中的剩余電力，對(duì)剩余容量SOC減少了的蓄電池50進(jìn)行充電。
在本實(shí)施例中，蓄電池50的剩余容量SOC越少，將燃料電池60的目標(biāo)輸出值設(shè)定得越高。按照這種設(shè)定，當(dāng)蓄電池50的剩余容量SOC少時(shí)，可以更急速地進(jìn)行充電從而能使蓄電池50的剩余容量SOC更快地恢復(fù)。
當(dāng)設(shè)定了燃料電池60的目標(biāo)輸出值時(shí)，燃料電池60，輸出與該值對(duì)應(yīng)的電力(圖5的步驟S130)。同時(shí)，蓄電池50則進(jìn)行充放電，以便對(duì)燃料電池60的輸出與油門開度所對(duì)應(yīng)的要求電力之差進(jìn)行補(bǔ)償(步驟S140)。這些控制，根據(jù)從控制單元70輸出的電源切換開關(guān)84的控制信號(hào)進(jìn)行。即，當(dāng)需要蓄電池50進(jìn)行充放電時(shí)，由切換開關(guān)84切換蓄電池50、電動(dòng)機(jī)20和燃料電池60之間的連接，并進(jìn)行與電壓差對(duì)應(yīng)的充放電。
在上文中，說(shuō)明了當(dāng)燃料電池60為可發(fā)電狀態(tài)時(shí)的電力的輸出。如在圖5的步驟S110中判定燃料電池60為不能發(fā)電的狀態(tài)，則判斷蓄電池50的剩余容量SOC是否在其控制下限LoS％以上(步驟S150)。如蓄電池50的剩余容量SOC低于LoS％，則起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)10并輸出動(dòng)力(步驟S160)。而當(dāng)蓄電池50的剩余容量SOC在LoS％以上時(shí)，將蓄電池50作為主電源輸出(步驟S170)。
上述的處理，通過按一定的間隔隨時(shí)對(duì)油門開度及蓄電池50的剩余容量SOC進(jìn)行采樣而進(jìn)行。
以下，給出第1實(shí)施例的具體控制例。圖7是作為一例示出第1實(shí)施例的與油門開度對(duì)應(yīng)的燃料電池60的目標(biāo)輸出值、燃料電池60的實(shí)際輸出、蓄電池50的輸出的時(shí)間圖。
在時(shí)刻0～t2，油門開度為0。在該期間內(nèi)，燃料電池60的目標(biāo)輸出值、燃料電池60的輸出、蓄電池50的輸出都為0。而當(dāng)在時(shí)刻t1使點(diǎn)火開關(guān)88接通時(shí)，雖然在實(shí)際上燃料電池60需要預(yù)熱運(yùn)行，但燃料電池60及蓄電池50都變?yōu)榭梢暂敵龅臓顟B(tài)。
假定在時(shí)刻t2使油門開度急劇增加。于是，燃料電池60的目標(biāo)輸出值也根據(jù)圖表(參照?qǐng)D6)而急劇增加。另外，從圖6可以看出，目標(biāo)輸出值與要求電力不一定一致。時(shí)刻t2的目標(biāo)輸出值，設(shè)定為比行駛所需的要求電力大的值。燃料電池60的輸出，因響應(yīng)度低而不能跟蹤目標(biāo)輸出值的急劇增加，所以，以最大斜率增加。這時(shí)，使蓄電池50輸出電力，以補(bǔ)償燃料電池60的輸出的不足部分。因此，蓄電池50的剩余容量SOC減少。
假定在時(shí)刻t2～t4使油門開度緩慢增加。于是，燃料電池60的目標(biāo)輸出值也根據(jù)圖表而緩慢增加。另外，從圖6可以看出，燃料電池60的目標(biāo)輸出值的變化率，小于與油門開度對(duì)應(yīng)的要求電力的變化率。假定控制單元70在時(shí)刻t3對(duì)蓄電池50的剩余容量SOC的減低的情況進(jìn)行了檢測(cè)。因此，根據(jù)其減低而將目標(biāo)輸出值增加到大于正常的目標(biāo)輸出值。燃料電池60的輸出，在時(shí)刻t3′達(dá)到燃料電池60的目標(biāo)輸出值之前，以最大斜率增加。在時(shí)刻t3′～t4，由于目標(biāo)輸出值的變化率小于燃料電池60的輸出響應(yīng)度因而可以跟蹤，所以燃料電池60的輸出隨目標(biāo)輸出值而增加。在燃料電池60的輸出在時(shí)刻t3′達(dá)到目標(biāo)輸出值之前，使蓄電池50輸出電力，以補(bǔ)償燃料電池60的輸出的不足部分。由于時(shí)刻t3′以后的燃料電池60的輸出大于要求電力，所以用其剩余電力對(duì)蓄電池50進(jìn)行充電。在時(shí)刻t3′～t4，由于只用燃料電池60的輸出即可輸出要求電力，所以蓄電池50不輸出。
假定在時(shí)刻t4使油門開度急劇減小。于是，燃料電池60的目標(biāo)輸出值也根據(jù)圖表而急劇減小。另外，在時(shí)刻t4，控制單元70檢測(cè)到蓄電池50的剩余容量SOC已進(jìn)行了充分的充電，所以恢復(fù)到正常的目標(biāo)輸出值。由于目標(biāo)輸出值的變化率小于燃料電池的輸出響應(yīng)度因而可以跟蹤，所以燃料電池60的輸出隨目標(biāo)輸出值而減小。由于只用燃料電池60的輸出即可輸出與油門開度對(duì)應(yīng)的要求電力，所以蓄電池50不輸出。
在時(shí)刻t4以后，假定使油門開度在時(shí)刻t4～t5增加、在時(shí)刻t5～t6減小、在時(shí)刻t6以后增加。在該期間，燃料電池60的目標(biāo)輸出值也根據(jù)圖表而以比油門開度的變化率小的變化率增減，從而使燃料電池60的輸出跟蹤目標(biāo)輸出值而增減。由于只用燃料電池60的輸出即可輸出與油門開度對(duì)應(yīng)的要求電力，所以蓄電池50不輸出。
為使上述第1實(shí)施例的控制效果更加明確，示出燃料電池60和蓄電池50的現(xiàn)有的控制作為比較例。圖8是作為一例示出比較例的與油門開度對(duì)應(yīng)的燃料電池60的目標(biāo)輸出值、燃料電池60的實(shí)際輸出、蓄電池50的輸出的時(shí)間圖。油門開度，與圖7所示相同。比較例的燃料電池60的目標(biāo)輸出值，設(shè)定為與油門開度所對(duì)應(yīng)的要求電力相同的值。
在時(shí)刻0～t2，油門開度為0。在該期間內(nèi)，燃料電池60的目標(biāo)輸出值、燃料電池60的輸出、蓄電池50的輸出都為0。
在時(shí)刻t2使油門開度急劇增加。于是，燃料電池60的目標(biāo)輸出值也隨著油門開度而急劇增加。燃料電池60的輸出，因響應(yīng)度低而不能跟蹤目標(biāo)輸出值的急劇增加，所以，以最大斜率增加。這時(shí)，使蓄電池50輸出電力，以補(bǔ)償燃料電池60的輸出的不足部分。因此，蓄電池50的剩余容量SOC減少。
在時(shí)刻t2～t4使油門開度緩慢增加。于是，燃料電池60的目標(biāo)輸出值也隨著油門開度而緩慢增加。燃料電池60的輸出，在時(shí)刻t3達(dá)到燃料電池60的目標(biāo)輸出值之前，以最大斜率增加。在燃料電池60的輸出在時(shí)刻t3達(dá)到目標(biāo)輸出值之前，使蓄電池50輸出電力，以補(bǔ)償燃料電池60的輸出的不足部分。在時(shí)刻t3～t4，由于目標(biāo)輸出值的變化率小于燃料電池60的輸出響應(yīng)度因而可以進(jìn)行跟蹤，所以燃料電池60的輸出隨目標(biāo)輸出值而增加。在時(shí)刻t3～t4，由于只用燃料電池60的輸出即可輸出要求電力，所以蓄電池50不輸出。
在時(shí)刻t4使油門開度急劇減小。于是，燃料電池60的目標(biāo)輸出值也隨著油門開度而急劇減小。這時(shí)，燃料電池60的輸出，可以跟蹤目標(biāo)輸出值，因而隨目標(biāo)輸出值而減小。由于只用燃料電池60的輸出即可輸出與油門開度對(duì)應(yīng)的要求電力，所以蓄電池50不輸出。
在時(shí)刻t4～t5，使油門開度增加。在該期間內(nèi)，燃料電池60的目標(biāo)輸出值，隨著油門開度而增加。由于燃料電池60的目標(biāo)輸出值的變化率比第1實(shí)施例大，所以燃料電池60的輸出不能跟蹤目標(biāo)輸出值，而以最大斜率增加。蓄電池50輸出電力，以補(bǔ)償燃料電池60的輸出的不足部分。因此，蓄電池50的剩余容量SOC減少。
在時(shí)刻t5～t6，使油門開度減小。在該期間內(nèi)，燃料電池60的目標(biāo)輸出值，隨著油門開度而增加。燃料電池60的輸出，在達(dá)到目標(biāo)輸出值的時(shí)刻t5′之前仍以最大斜率增加，達(dá)到后隨目標(biāo)輸出值而減小。在燃料電池60的輸出達(dá)到目標(biāo)輸出值的時(shí)刻t5′之前，使蓄電池50輸出電力，以補(bǔ)償燃料電池60的輸出的不足部分，在達(dá)到后，由于只用燃料電池60的輸出即可輸出與油門開度對(duì)應(yīng)的要求電力，所以蓄電池50不再輸出。
在時(shí)刻t6以后，使油門開度增加。在該期間內(nèi)，燃料電池60的目標(biāo)輸出值，隨著油門開度而增加。由于目標(biāo)輸出值的變化率小于燃料電池的輸出響應(yīng)度，所以燃料電池60的輸出跟蹤目標(biāo)輸出值而增減。由于只用燃料電池60的輸出即可輸出與油門開度對(duì)應(yīng)的要求電力，所以蓄電池50不輸出。
如上所述，在比較例中，與第1實(shí)施例一樣可以由蓄電池50輸出電力以補(bǔ)償燃料電池60的輸出的不足部分，所以能確保響應(yīng)度。但是，由于將燃料電池60的目標(biāo)輸出值設(shè)定為與要求電力相同的值，所以當(dāng)油門開度的變動(dòng)大時(shí)燃料電池60的輸出不能跟蹤目標(biāo)輸出值，因而將發(fā)生不能進(jìn)行與目標(biāo)輸出值對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定的控制的情況。此外，由于不進(jìn)行與蓄電池50的剩余容量SOC對(duì)應(yīng)的目標(biāo)輸出值的設(shè)定，所以不能確保剩余容量SOC，當(dāng)剩余容量SOC減低到規(guī)定值以下時(shí)，將發(fā)生為充電而不得不使發(fā)動(dòng)機(jī)10運(yùn)行的情況。
另一方面，按照第1實(shí)施例，即使油門開度的變動(dòng)大時(shí)，由于燃料電池60的目標(biāo)輸出值的變化小于輸出響應(yīng)度，所以也仍能穩(wěn)定地控制燃料電池60的輸出。其結(jié)果是，不僅可以確保與油門開度對(duì)應(yīng)的輸出響應(yīng)度，而且可以將燃料電池60有效地用作電力供給源。此外，由于進(jìn)行與蓄電池50的剩余容量SOC對(duì)應(yīng)的目標(biāo)輸出值的設(shè)定，所以能以高的效率快速地對(duì)蓄電池50進(jìn)行充電。因此，可以減小蓄電池50的容量，從而能實(shí)現(xiàn)電力供給裝置的小型化及輕量化。
(4)第2實(shí)施例在第1實(shí)施例中，按一定的間隔對(duì)蓄電池50的剩余容量SOC及油門開度進(jìn)行采樣，并根據(jù)采樣結(jié)果隨時(shí)設(shè)定燃料電池60的目標(biāo)輸出值。在第2實(shí)施例中，示出根據(jù)按一定間隔采樣后的油門開度計(jì)算油門開度的變化率并根據(jù)該計(jì)算結(jié)果變更燃料電池60的目標(biāo)輸出值設(shè)定處理的情況。裝置的結(jié)構(gòu)，與第1實(shí)施例相同。另外，燃料電池60的目標(biāo)輸出值設(shè)定處理以外的動(dòng)力輸出處理例程的流程也相同。
圖9是表示第2實(shí)施例中的燃料電池60的目標(biāo)輸出值設(shè)定處理的流程圖。當(dāng)開始該處理時(shí)，CPU，首先讀入油門開度(步驟S200)。然后，根據(jù)上一次讀入的油門開度、本次讀入的油門開度、及采樣時(shí)間計(jì)算油門開度的變化率r(步驟S210)。將油門開度變化率的絕對(duì)值|r|與預(yù)先存儲(chǔ)在ROM內(nèi)的變化率的閾值Rth進(jìn)行比較(步驟S220)。如油門開度變化率的絕對(duì)值|r|超過了閾值Rth，則根據(jù)油門開度設(shè)定新的目標(biāo)輸出值(步驟S230)。這里設(shè)定的目標(biāo)輸出值，是圖6所示第1實(shí)施例中蓄電池50的剩余容量SOC為正常狀態(tài)時(shí)目標(biāo)輸出值。但是，存儲(chǔ)了油門開度和燃料電池60的目標(biāo)輸出值的關(guān)系的圖表(參照?qǐng)D6)，可以任意設(shè)定。如油門開度變化率的絕對(duì)值|r|小于閾值Rth，則不設(shè)定新的目標(biāo)輸出值，而是保持在這之前的原來(lái)的目標(biāo)輸出值。即，當(dāng)油門開度變化率大時(shí)，變更為新的目標(biāo)輸出值，當(dāng)變化率小時(shí)，進(jìn)行不隨時(shí)變更目標(biāo)輸出值的控制。
另外，閾值Rth，可以任意設(shè)定。例如，閾值Rth，可以為固定值。此外，還可以根據(jù)司機(jī)對(duì)油門踏板55的操作傾向、燃料電池60和蓄電池50的過去運(yùn)行狀況進(jìn)行判斷而隨時(shí)進(jìn)行變更。另外，也可以在油門開度的變化率r為正時(shí)和為負(fù)時(shí)使閾值Rth為不同的值。
接著，讀入蓄電池50的剩余容量SOC(步驟S240)，并判斷剩余容量SOC是否在規(guī)定值LO％以上(步驟S250)。如剩余容量SOC在規(guī)定值LO％以上，則判定為蓄電池50有足夠的剩余容量SOC，并結(jié)束處理。如剩余容量SOC低于規(guī)定值LO％，則設(shè)定用于提高目標(biāo)輸出值的校正值(步驟S260)，以便可以用燃料電池60的輸出對(duì)蓄電池50進(jìn)行充電。加上該校正值后設(shè)定為新的目標(biāo)輸出值(步驟S270)。
另外，規(guī)定值LO，可以任意設(shè)定。但是，如將LO設(shè)定得過高，則將頻繁地進(jìn)行步驟S260、S270的目標(biāo)輸出值的校正，因而有時(shí)將使燃料電池60的運(yùn)行不能穩(wěn)定進(jìn)行。另一方面，如將LO設(shè)定得過低，則將更多地使用蓄電池50，因而有時(shí)使燃料電池60不能得到高效率的使用。
以下，給出第2實(shí)施例的具體控制例。圖10是作為一例示出第2實(shí)施例的與油門開度對(duì)應(yīng)的燃料電池60的目標(biāo)輸出值、燃料電池60的實(shí)際輸出、蓄電池50的輸出的時(shí)間圖。油門開度，與圖7所示相同。
在時(shí)刻0～t2，油門開度為0。在該期間內(nèi)，燃料電池60的目標(biāo)輸出值、燃料電池60的輸出、蓄電池50的輸出都為0。
在時(shí)刻t2使油門開度急劇增加。這時(shí)，假定油門開度變化率的絕對(duì)值超過了閾值Rth。于是，燃料電池60的目標(biāo)輸出值也隨著油門開度而急劇增加。燃料電池60的輸出，因響應(yīng)度低而不能跟蹤目標(biāo)輸出值的急劇增加，所以，以最大斜率增加。這時(shí)，使蓄電池50輸出電力，以補(bǔ)償燃料電池60的輸出的不足部分。
在時(shí)刻t2～t4使油門開度緩慢增加。在該期間內(nèi)，假定油門開度變化率的絕對(duì)值小于閾值Rth。燃料電池60的目標(biāo)輸出值，保持在時(shí)刻t2設(shè)定的值。燃料電池60的輸出，在時(shí)刻t3達(dá)到目標(biāo)輸出值之前，以最大斜率增加。在時(shí)刻t3～t4，根據(jù)目標(biāo)輸出值而輸出一定的電力。使蓄電池50輸出電力，以補(bǔ)償燃料電池60的輸出的不足部分。
在時(shí)刻t4使油門開度急劇減小。這時(shí)，假定油門開度變化率的絕對(duì)值超過了閾值Rth。于是，燃料電池60的目標(biāo)輸出值也隨著油門開度而急劇減小。燃料電池60的輸出，跟蹤目標(biāo)輸出值而減小。由于只用燃料電池60的輸出即可輸出與油門開度對(duì)應(yīng)的要求電力，所以蓄電池50不輸出。
在時(shí)刻t4～t5，使油門開度增加。在該期間內(nèi)，假定油門開度變化率的絕對(duì)值小于閾值Rth。于是，燃料電池60的目標(biāo)輸出值，保持在時(shí)刻t4設(shè)定的值。燃料電池60，根據(jù)目標(biāo)輸出值而輸出一定的電力。使蓄電池50輸出電力，以補(bǔ)償燃料電池60的輸出的不足部分。
在時(shí)刻t5～t6，使油門開度減小。在該期間內(nèi)，假定油門開度變化率的絕對(duì)值小于閾值Rth。于是，燃料電池60的目標(biāo)輸出值，在由控制單元70檢測(cè)到蓄電池50的剩余容量SOC低于LO％的時(shí)刻t5′之前，保持時(shí)刻t4(或時(shí)刻t5)的值。燃料電池60，在時(shí)刻t5′之前根據(jù)目標(biāo)輸出值而輸出。使蓄電池50輸出電力，以補(bǔ)償燃料電池60的輸出的不足部分。
假定在時(shí)刻t5′控制單元70檢測(cè)到蓄電池50的剩余容量SOC低于LO％。于是，在該時(shí)刻，油門開度雖然減小，但可以將燃料電池60的目標(biāo)輸出值校正得較高，以便能夠快速地對(duì)蓄電池50進(jìn)行充電。燃料電池60的輸出，因響應(yīng)度低而不能跟蹤該目標(biāo)輸出值的增加，因而以最大斜率增加。
在時(shí)刻t6以后，使油門開度緩慢增加。在該期間內(nèi)，假定油門開度變化率的絕對(duì)值小于閾值Rth。于是，燃料電池60的目標(biāo)輸出值，保持在時(shí)刻t5′設(shè)定的值。燃料電池60，根據(jù)目標(biāo)輸出值而輸出一定的電力。由于只用燃料電池60的輸出即可輸出與油門開度對(duì)應(yīng)的要求電力，所以蓄電池50不輸出。由于圖中所示的時(shí)刻t5′以后的燃料電池60的輸出大于要求電力，所以用其剩余電力對(duì)蓄電池50進(jìn)行充電。另外，圖中雖未示出，但當(dāng)使油門開度急劇增加后緩慢減小時(shí)，即當(dāng)油門開度變化率的絕對(duì)值小于閾值Rth時(shí)，由于燃料電池60的目標(biāo)輸出值并未減小，所以仍可以對(duì)蓄電池50進(jìn)行充電。
在第2實(shí)施例中，對(duì)油門開度的輸出響應(yīng)度低的燃料電池60，由于減低了對(duì)油門開度的靈敏度，所以能夠?qū)θ剂想姵?0進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)行控制。另外，采用了對(duì)油門開度的急劇變化具有良好的輸出響應(yīng)度的蓄電池50。通過采用這種結(jié)構(gòu)，不僅能確保與油門開度對(duì)應(yīng)的輸出響應(yīng)度，而且可以抑制蓄電池50的過量充電并能將燃料電池60有效地用作電力供給源。
(5)第3實(shí)施例第3實(shí)施例的雙動(dòng)力車輛，安裝著導(dǎo)航系統(tǒng)。圖11是第3實(shí)施例的雙動(dòng)力車輛的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)圖。導(dǎo)航系統(tǒng)90，連接于控制單元70，對(duì)控制單元70輸入車輛將來(lái)要行駛的路徑信息。除此以外的硬件結(jié)構(gòu)，與第1實(shí)施例相同。此外，在第1實(shí)施例和第3實(shí)施例中，動(dòng)力輸出處理的一部分有所不同。
圖12是第3實(shí)施例的動(dòng)力輸出處理例程的流程圖。當(dāng)開始該處理時(shí)，CPU，輸入各種傳感器和開關(guān)的信號(hào)(步驟S300)。然后，由CPU判斷燃料電池60是否是可發(fā)電的狀態(tài)(步驟S310)。
如燃料電池60為可發(fā)電狀態(tài)，則進(jìn)行燃料電池60應(yīng)輸出的目標(biāo)輸出值的設(shè)定處理(步驟S320)。該處理，與第1實(shí)施例相同。在設(shè)定燃料電池60的目標(biāo)輸出值后，判斷是否是在使用導(dǎo)航系統(tǒng)90的行駛中(步驟S330)。如不是用導(dǎo)航系統(tǒng)90行駛，則與第1實(shí)施例一樣，燃料電池60，輸出與目標(biāo)輸出值對(duì)應(yīng)的電力(步驟S350)。蓄電池50，進(jìn)行充放電以便對(duì)燃料電池60的輸出與油門開度所對(duì)應(yīng)的要求電力之差進(jìn)行補(bǔ)償(步驟S360)。當(dāng)使用導(dǎo)航系統(tǒng)90行駛時(shí)，對(duì)目標(biāo)輸出值進(jìn)行用于導(dǎo)航系統(tǒng)行駛的校正處理。
另外，在擁堵中或因等待信號(hào)而停止等情況下，在步驟S330中也可以判定為不使用導(dǎo)航系統(tǒng)90行駛。
圖13是用于導(dǎo)航系統(tǒng)行駛的目標(biāo)輸出值校正處理的流程圖。當(dāng)開始該處理時(shí)，CPU，從導(dǎo)航系統(tǒng)90讀入路徑信息(步驟S400)。在該路徑信息中，包含著與上坡或下坡的坡度有關(guān)的信息、或高速路的信息等。接著，根據(jù)該路徑信息預(yù)測(cè)將來(lái)的規(guī)定時(shí)間內(nèi)的要求電力(步驟S410)。例如，CPU，當(dāng)從導(dǎo)航系統(tǒng)90檢測(cè)到前面有上坡時(shí)，預(yù)測(cè)為了開上該上坡所需的電力。然后，根據(jù)預(yù)測(cè)出的將來(lái)的要求電力設(shè)定將來(lái)的規(guī)定時(shí)間的目標(biāo)輸出值(步驟S420)。接著，根據(jù)該將來(lái)的目標(biāo)輸出值、在圖12的步驟S320中設(shè)定的目標(biāo)輸出值、將來(lái)的規(guī)定時(shí)間的目標(biāo)輸出值、及燃料電池60的輸出特性(可輸出的最大斜率)進(jìn)行目標(biāo)輸出值的校正(步驟S430)。
圖14是作為一例示出第3實(shí)施例的與油門開度對(duì)應(yīng)的燃料電池60的目標(biāo)輸出值、燃料電池60的實(shí)際輸出、蓄電池50的輸出的時(shí)間圖。油門開度，在時(shí)刻t2之前為一定值，要求電力為PW1。在時(shí)刻t2～t3變?yōu)樯掀?，因而增加到PW2。在時(shí)刻t3～t5保持一定值。在時(shí)刻t5～t6變?yōu)橄缕?，因而減小到PW1。在時(shí)刻t6以后為一定值。
控制單元70，可以根據(jù)來(lái)自導(dǎo)航系統(tǒng)90的路徑信息在臨近上坡的時(shí)刻t2以前識(shí)別前面存在著上坡。然后，根據(jù)當(dāng)前的目標(biāo)輸出值PW1、將來(lái)的目標(biāo)輸出值PW2、及燃料電池60的輸出特性，求出為使燃料電池60的輸出從PW1增加到PW2所需的響應(yīng)時(shí)間，由此計(jì)算出應(yīng)使目標(biāo)輸出值在時(shí)刻t1就增加到PW2，從而對(duì)目標(biāo)輸出值進(jìn)行校正。燃料電池60，可以根據(jù)該校正后的目標(biāo)輸出值預(yù)先使輸出增加，以便為將來(lái)的輸出增加做好準(zhǔn)備。在圖14中，在時(shí)刻t1，使燃料電池60的目標(biāo)輸出值急劇地從PW1增加到PW2，但也可以在臨近上坡時(shí)隨著油門開度慢慢地增加以使燃料電池60能夠輸出所要求的電力。
另外，控制單元70，可以根據(jù)來(lái)自導(dǎo)航系統(tǒng)90的路徑信息在臨近下坡的時(shí)刻t5之前識(shí)別前面存在著下坡。然后，根據(jù)當(dāng)前的目標(biāo)輸出值PW2、將來(lái)的目標(biāo)輸出值PW1、及燃料電池60的輸出特性，在時(shí)刻t4將目標(biāo)輸出值減小到PW2，從而對(duì)目標(biāo)輸出值進(jìn)行校正，并可以識(shí)別出雖然要消耗蓄電池50的電力但在下坡時(shí)可以充電。在時(shí)刻t4～t6，由于從燃料電池60的輸出不能滿足要求電力，所以由蓄電池50輸出不足的部分。
另外，在以上的說(shuō)明中，說(shuō)明了在上坡和下坡時(shí)使燃料電池60的輸出增加和減小的情況，但例如在因駛?cè)敫咚俾范铀俚惹闆r下也可以采用同樣的方式從而為輸出的增加做好準(zhǔn)備。
在上文中，對(duì)燃料電池60為可發(fā)電狀態(tài)時(shí)的動(dòng)力輸出進(jìn)行了說(shuō)明。如在圖12的步驟S310中判定燃料電池60為不能發(fā)電的狀態(tài)，則判斷蓄電池50的剩余容量SOC是否在其控制下限LoS％以上(步驟S370)。如蓄電池50的剩余容量SOC低于LoS％，則起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)10并輸出動(dòng)力(步驟S380)。而當(dāng)蓄電池50的剩余容量SOC在LoS％以上時(shí)，將蓄電池50作為主電源輸出(步驟S390)。
如上所述，按照第3實(shí)施例，在安裝了導(dǎo)航系統(tǒng)90的車輛中，不僅能確保與油門開度對(duì)應(yīng)的輸出響應(yīng)度，而且可以將燃料電池60有效地用作電力供給源。
(6)變形例
以上，說(shuō)明了本發(fā)明的幾種實(shí)施形態(tài)，但本發(fā)明對(duì)上述實(shí)施形態(tài)并沒有任何限定，在不脫離其要點(diǎn)的范圍內(nèi)可以實(shí)施各種形態(tài)。例如，也可以是如下的變形例。
在上述第1實(shí)施例中，以圖表的形式存儲(chǔ)著圖6所示的蓄電池50的剩余容量SOC、油門開度及燃料電池60的目標(biāo)輸出值的關(guān)系，但也可以將蓄電池50的剩余容量SOC和油門開度作為參數(shù)而求出燃料電池60的目標(biāo)輸出值。
在上述第2實(shí)施例中，判定是否根據(jù)油門開度的變化率對(duì)燃料電池60的目標(biāo)輸出值進(jìn)行校正，但也可以根據(jù)油門開度的變化率和油門開度的變化量對(duì)燃料電池60的目標(biāo)輸出值進(jìn)行校正。按照這種方式，當(dāng)油門開度變化率雖小但油門開度的變化已超過了規(guī)定值時(shí)，可以抑制蓄電池50的過量的充放電，并能設(shè)定出適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)輸出值。
另外，在上述第2實(shí)施例中，根據(jù)按一定間隔采樣后的油門開度計(jì)算油門開度的變化率，但油門開度的變化率也可以用傳感器直接檢測(cè)。
在上述實(shí)施例中，舉例說(shuō)明了將本發(fā)明應(yīng)用于雙動(dòng)力車輛的情況，但也可以應(yīng)用于不安裝發(fā)動(dòng)機(jī)的電動(dòng)車輛。圖15是電動(dòng)車輛的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)圖。該電動(dòng)車輛，由燃料電池60B、蓄電池50B、控制單元70B、切換開關(guān)84B、逆變器52B、電動(dòng)機(jī)20B、加速踏板55B、差動(dòng)齒輪裝置16B、車軸17B構(gòu)成。在圖15中，僅示出主要信號(hào)、電力及動(dòng)力的傳送路徑，省略了圖1所示的輔機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置82及變速器100。
在上述實(shí)施例中，采用蓄電池50作為可充放電的蓄電部，但也可以采用電容器等蓄電裝置。
在上述實(shí)施例中，舉例說(shuō)明了可將發(fā)動(dòng)機(jī)10的動(dòng)力傳遞到車軸17的雙動(dòng)力車輛、即并聯(lián)雙動(dòng)力車輛，但也可以應(yīng)用于串聯(lián)雙動(dòng)力車輛。
在上述實(shí)施例中，通過由CPU執(zhí)行軟件而實(shí)現(xiàn)各種控制處理，但這些處理也能以硬件實(shí)現(xiàn)。
產(chǎn)業(yè)上的可應(yīng)用性本發(fā)明可以應(yīng)用于將燃料電池和蓄電部作為電源的電力供給裝置的控制。
權(quán)利要求
1.一種電力供給裝置，將燃料電池和可充放電的蓄電部作為電源而進(jìn)行電力的供給，該電力供給裝置的特征在于，備有要求電力輸入部，隨時(shí)輸入對(duì)上述電力供給部的要求電力；存儲(chǔ)部，存儲(chǔ)上述要求電力與上述燃料電池應(yīng)輸出的目標(biāo)輸出值的關(guān)系、即將與該要求電力的變化量對(duì)應(yīng)的該目標(biāo)輸出值的變化量的斜率設(shè)定在不超過根據(jù)上述燃料電池的輸出響應(yīng)度決定的規(guī)定值的范圍內(nèi)的關(guān)系；目標(biāo)輸出值設(shè)定部，參照上述存儲(chǔ)部并根據(jù)上述要求電力設(shè)定上述目標(biāo)輸出值；燃料電池控制部，根據(jù)上述目標(biāo)輸出值控制上述燃料電池的運(yùn)行；充放電部，根據(jù)上述要求電力及上述目標(biāo)輸出值進(jìn)行上述蓄電部的充放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力供給裝置，其特征在于上述充放電部，對(duì)上述要求電力與上述燃料電池可輸出的電力之差進(jìn)行補(bǔ)償。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力供給裝置，其特征在于上述關(guān)系為，在上述要求電力低的第1規(guī)定區(qū)域內(nèi)，使上述目標(biāo)輸出值大于該要求電力。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力供給裝置，其特征在于上述關(guān)系為，在上述要求電力高的第2規(guī)定區(qū)域內(nèi)，使上述目標(biāo)輸出值小于該要求電力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力供給裝置，其特征在于備有檢測(cè)上述蓄電部的剩余容量的檢測(cè)部，上述關(guān)系，按該每個(gè)剩余容量設(shè)定，上述目標(biāo)輸出值設(shè)定部，在設(shè)定該目標(biāo)輸出值時(shí)也考慮上述剩余容量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力供給裝置，其特征在于上述關(guān)系為，上述剩余容量越少，將上述目標(biāo)輸出值設(shè)定得越大。
7.一種電力供給裝置，將燃料電池和可充放電的蓄電部作為電源而進(jìn)行電力的供給，該電力供給裝置的特征在于，備有燃料電池控制部，根據(jù)規(guī)定的目標(biāo)輸出值控制上述燃料電池的運(yùn)行；充放電部，進(jìn)行上述蓄電部的充放電，用以補(bǔ)償要求電力與上述燃料電池可輸出的電力之差；變化率檢測(cè)部，檢測(cè)上述要求電力的變化率；目標(biāo)輸出值設(shè)定部，當(dāng)上述變化率的絕對(duì)值超過規(guī)定值時(shí)，根據(jù)上述要求電力變更上述目標(biāo)輸出值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力供給裝置，其特征在于還備有檢測(cè)上述蓄電部的剩余容量的檢測(cè)部、及根據(jù)上述剩余容量校正上述目標(biāo)輸出值的目標(biāo)輸出值校正部。
9.一種電力供給裝置，將燃料電池和可充放電的蓄電部作為電源而進(jìn)行電力的供給，該電力供給裝置的特征在于，備有要求電力輸入部，隨時(shí)輸入要求電力；要求電力預(yù)測(cè)部，預(yù)測(cè)規(guī)定時(shí)間后的將來(lái)要求電力；目標(biāo)輸出值設(shè)定部，根據(jù)上述將來(lái)要求電力、當(dāng)前要求電力及上述燃料電池的輸出響應(yīng)度，設(shè)定上述燃料電池在當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)輸出的目標(biāo)輸出值；燃料電池控制部，根據(jù)上述目標(biāo)輸出值控制上述燃料電池的運(yùn)行；充放電部，進(jìn)行上述蓄電部的充放電，用以補(bǔ)償上述當(dāng)前要求電力與上述燃料電池可輸出的電力之差。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電力供給裝置，其特征在于上述目標(biāo)輸出值設(shè)定部，預(yù)先使上述目標(biāo)輸出值隨上述將來(lái)要求電力的增加而增大。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電力供給裝置，其特征在于上述目標(biāo)輸出值設(shè)定部，預(yù)先使上述目標(biāo)輸出值隨上述將來(lái)要求電力的減少而減小。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電力供給裝置，其特征在于還備有檢測(cè)上述蓄電部的剩余容量的檢測(cè)部、及根據(jù)上述剩余容量校正上述目標(biāo)輸出值的目標(biāo)輸出值校正部。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電力供給裝置，其特征在于備有預(yù)先存儲(chǔ)了規(guī)定著從上述電力供給裝置接受電力供給的負(fù)荷的將來(lái)運(yùn)行狀態(tài)的負(fù)荷信息的負(fù)荷信息存儲(chǔ)部，上述要求電力預(yù)測(cè)部，根據(jù)該負(fù)荷信息預(yù)測(cè)上述將來(lái)要求電力。
14.一種控制方法，用于備有燃料電池和可充放電的蓄電部的電力供給裝置，該控制方法的特征在于包括(a)隨時(shí)輸入要求電力的工序、(b)參照存儲(chǔ)上述要求電力與上述燃料電池應(yīng)輸出的目標(biāo)輸出值的關(guān)系的存儲(chǔ)部并根據(jù)上述要求電力設(shè)定上述目標(biāo)輸出值的工序、(c)根據(jù)上述目標(biāo)輸出值控制上述燃料電池的運(yùn)行的工序、(d)根據(jù)上述要求電力及上述目標(biāo)輸出值進(jìn)行上述蓄電部的充放電的工序，在上述工序(b)中，上述關(guān)系為，將與該要求電力的變化量對(duì)應(yīng)的上述目標(biāo)輸出值的變化量的斜率設(shè)定在不超過根據(jù)上述燃料電池的輸出響應(yīng)度決定的規(guī)定值的范圍內(nèi)。
15.一種控制方法，用于備有燃料電池和可充放電的蓄電部的電力供給裝置，該控制方法的特征在于包括(a)在規(guī)定時(shí)刻根據(jù)要求電力設(shè)定上述燃料電池應(yīng)輸出的目標(biāo)輸出值的工序、(b)根據(jù)上述目標(biāo)輸出值控制上述燃料電池和上述蓄電部的運(yùn)行的工序，上述工序(a)中的上述規(guī)定時(shí)刻，是上述要求電力的變化率超過了規(guī)定值的時(shí)刻。
16.一種控制方法，用于備有燃料電池和可充放電的蓄電部的電力供給裝置，該控制方法的特征在于包括(a)隨時(shí)輸入要求電力的工序、(b)預(yù)測(cè)規(guī)定時(shí)間后的將來(lái)要求電力的工序、(c)根據(jù)上述將來(lái)要求電力、當(dāng)前要求電力及上述燃料電池的輸出響應(yīng)度設(shè)定上述燃料電池在當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)輸出的目標(biāo)輸出值的工序、(d)根據(jù)上述目標(biāo)輸出值控制上述燃料電池的運(yùn)行的工序、(e)進(jìn)行上述蓄電部的充放電，用以補(bǔ)償上述當(dāng)前要求電力與上述燃料電池可輸出的電力之差的工序。
17.一種動(dòng)力輸出裝置，備有將燃料電池和可充放電的蓄電部作為電源而進(jìn)行電力供給的電力供給裝置、及由從該電力供給裝置供給的電力驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，其特征在于；上述電力供給裝置，備有要求電力輸入部，隨時(shí)輸入對(duì)上述電力供給部的要求電力；存儲(chǔ)部，存儲(chǔ)上述要求電力與上述燃料電池應(yīng)輸出的目標(biāo)輸出值的關(guān)系、即將與該要求電力的變化量對(duì)應(yīng)的該目標(biāo)輸出值的變化量的斜率設(shè)定在不超過根據(jù)上述燃料電池的輸出響應(yīng)度決定的規(guī)定值的范圍內(nèi)的關(guān)系；目標(biāo)輸出值設(shè)定部，參照上述存儲(chǔ)部并根據(jù)上述要求電力設(shè)定上述目標(biāo)輸出值；燃料電池控制部，根據(jù)上述目標(biāo)輸出值控制上述燃料電池的運(yùn)行；充放電部，根據(jù)上述要求電力及上述目標(biāo)輸出值進(jìn)行上述蓄電部的充放電。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的動(dòng)力輸出裝置，其特征在于還備有由燃料的燃燒驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)、及通過驅(qū)動(dòng)上述電動(dòng)機(jī)和上述發(fā)動(dòng)機(jī)中的至少一方而輸出動(dòng)力的控制裝置。
19.一種車輛，備有將燃料電池和可充放電的蓄電部作為電源而進(jìn)行電力供給的電力供給裝置、及借助于從該電力供給裝置供給的電力輸出驅(qū)動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)，其特征在于；上述電力供給裝置，備有要求電力輸入部，隨時(shí)輸入與上述車輛的油門開度對(duì)應(yīng)的要求電力；存儲(chǔ)部，存儲(chǔ)上述要求電力與上述燃料電池應(yīng)輸出的目標(biāo)輸出值的關(guān)系、即將與該要求電力的變化量對(duì)應(yīng)的該目標(biāo)輸出值的變化量的斜率設(shè)定在不超過根據(jù)上述燃料電池的輸出響應(yīng)度決定的規(guī)定值的范圍內(nèi)的關(guān)系；目標(biāo)輸出值設(shè)定部，參照上述存儲(chǔ)部并根據(jù)上述要求電力設(shè)定上述目標(biāo)輸出值；燃料電池控制部，根據(jù)上述目標(biāo)輸出值控制上述燃料電池的運(yùn)行；充放電部，根據(jù)上述要求電力及上述目標(biāo)輸出值進(jìn)行上述蓄電部的充放電。
20.一種車輛，備有將燃料電池和可充放電的蓄電部作為電源而進(jìn)行電力供給的電力供給裝置、及借助于從該電力供給裝置供給的電力輸出驅(qū)動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)，其特征在于；上述電力供給裝置，備有要求電力輸入部，隨時(shí)輸入要求電力；要求電力預(yù)測(cè)部，預(yù)測(cè)規(guī)定時(shí)間后的將來(lái)要求電力；目標(biāo)輸出值設(shè)定部，根據(jù)上述將來(lái)要求電力、當(dāng)前要求電力及上述燃料電池的輸出響應(yīng)度，設(shè)定上述燃料電池在當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)輸出的目標(biāo)輸出值；燃料電池控制部，根據(jù)上述目標(biāo)輸出值控制上述燃料電池的運(yùn)行；充放電部，進(jìn)行上述蓄電部的充放電，用以補(bǔ)償上述當(dāng)前要求電力與上述燃料電池可輸出的電力之差。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的車輛，其特征在于備有預(yù)先存儲(chǔ)了上述車輛將來(lái)要行駛的路徑信息的路徑信息存儲(chǔ)部，上述要求電力預(yù)測(cè)部，根據(jù)該路徑信息預(yù)測(cè)上述將來(lái)要求電力。
全文摘要
在確保燃料電池的輸出響應(yīng)度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)燃料電池的有效使用。在將電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力源的車輛中，安裝燃料電池和蓄電池作為電動(dòng)機(jī)的電源。將燃料電池的目標(biāo)輸出值設(shè)定在燃料電池的輸出可以跟蹤要求電力的變化的范圍內(nèi)。蓄電池，進(jìn)行充放電，用以補(bǔ)償燃料電池的輸出對(duì)要求電力的滯后。蓄電池的剩余容量越少，將燃料電池的目標(biāo)輸出值設(shè)定得越大，即可在確保輸出響應(yīng)度的同時(shí)有效地使用燃料電池的電力。
文檔編號(hào)B60W10/08GK1439178SQ01809468
公開日2003年8月27日 申請(qǐng)日期2001年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月15日
發(fā)明者吉井欣也 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社