專利名稱：電動(dòng)汽車及性能設(shè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)汽車(車輛)及性能設(shè)定方法。更具體來(lái)講，本發(fā)明涉及這樣一種包括一燃料電池和一電容器的電動(dòng)汽車，所述燃料電池和電容器與一向車軸輸出動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路并聯(lián)。本發(fā)明還涉及一種對(duì)安裝在電動(dòng)汽車上的燃料電池和電容器的性能進(jìn)行設(shè)定的方法，所述電動(dòng)汽車是通過(guò)不經(jīng)過(guò)電壓轉(zhuǎn)換從燃料電池和電容器向?qū)?dòng)力輸出至車軸的電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路輸送電力而行駛的。
背景技術(shù)：
例如在特開(kāi)平08-33120日本專利公開(kāi)文件中就公開(kāi)了一種利用燃料電池和電容器的輸出進(jìn)行工作的電動(dòng)汽車。在這種電動(dòng)汽車中設(shè)想，在以等于或高于某一預(yù)定值的加速度保持一段預(yù)定的或更長(zhǎng)的時(shí)間的持續(xù)加速狀態(tài)中，通過(guò)執(zhí)行控制，以使燃料電池的輸出增大而電容器的輸出減小，則即使車輛以預(yù)定的持續(xù)加速狀態(tài)連續(xù)地工作在高負(fù)載條件下，也可從電容器獲得輸出。
但是，對(duì)于這種電動(dòng)汽車中，可能會(huì)使用性能不適當(dāng)?shù)娜剂想姵鼗螂娙萜?。如上文提到的那樣，在預(yù)定的持續(xù)加速狀態(tài)中，所執(zhí)行的控制工作是將燃料電池的輸出增大并將電容器的輸出減小。因而，如果此狀態(tài)持續(xù)下去，則不論電容器的電容量有多大，此加速狀態(tài)要求的輸出最終也將是完全由燃料電池提供。因而，要采用能夠提供維持該持續(xù)加速狀態(tài)要求的全部輸出的燃料電池。結(jié)果就是，所使用的燃料電池的性能過(guò)高，從能效的角度考慮，這是不利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種電動(dòng)汽車，在該汽車上安裝有適于使車輛達(dá)到要求的動(dòng)力學(xué)特性和/或在能效方面適當(dāng)?shù)娜剂想姵睾碗娙萜?。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在安裝有該燃料電池和電容器的電動(dòng)汽車中用于對(duì)燃料電池和電容器的性能進(jìn)行設(shè)定的方法，所述性能適于使車輛達(dá)到要求的動(dòng)力學(xué)特性和/或在能效方面是適當(dāng)?shù)摹?br> 在根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)汽車和性能設(shè)定方法中，采用了如下的措施來(lái)至少部分地實(shí)現(xiàn)上述目的。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的一種電動(dòng)汽車包括一個(gè)燃料電池和一個(gè)電容器，它們與向車軸輸出動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路并聯(lián)。燃料電池的最大輸出和電容器的電容量設(shè)定成可滿足一個(gè)以車輛的要求的最大加速度反復(fù)起步車輛達(dá)到一預(yù)定的高車速的第一行駛條件和一個(gè)以車輛的要求的最大加速度從一第一中間車速到一第二中間車速反復(fù)地改變車速的第二行駛條件。根據(jù)第一方面，由于燃料電池的最大輸出和電容器的電容量設(shè)定成可滿足所述第一行駛條件和所述第二行駛條件，所以可采用其性能適于使車輛達(dá)到要求的動(dòng)力學(xué)特性的燃料電池和電容器。結(jié)果就是，不會(huì)采用性能過(guò)高的燃料電池和電容器。因而，可以提高車輛的能效。
在第一方面中，當(dāng)所述燃料電池工作在一個(gè)上至在該燃料電池中設(shè)定的最大輸出的一個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，所述電容器的電容量設(shè)定成處于一個(gè)滿足所述第一行駛條件和所述第二行駛條件的最小電容量以上的預(yù)定范圍內(nèi)。因而，可根據(jù)燃料電池的性能來(lái)采用其性能適于使車輛達(dá)到要求的動(dòng)力學(xué)特性的電容器。
在第一方面中，當(dāng)所述電容器工作在一個(gè)在該電容器中設(shè)定的電容量范圍內(nèi)時(shí)，所述燃料電池的最大輸出被設(shè)定成處于一個(gè)滿足所述第一行駛條件和所述第二行駛條件的最小輸出以上的預(yù)定范圍內(nèi)。因而，可根據(jù)電容器的性能來(lái)采用其性能適于使車輛達(dá)到要求的動(dòng)力學(xué)特性的燃料電池。
在第一方面中，所述燃料電池的最大輸出和所述電容器的電容量設(shè)定成處于一個(gè)包括這樣一個(gè)點(diǎn)的預(yù)定范圍內(nèi)，在該點(diǎn)，燃料電池的最大輸出和電容器的電容量為滿足所述第一行駛條件要求的最小關(guān)系與燃料電池的最大輸出和電容器的電容量為滿足所述第二行駛條件要求的最小關(guān)系相互重合。這樣就可以采用其性能均能接近于適于使車輛達(dá)到要求的動(dòng)力學(xué)特性的最低水平的燃料電池和電容器。結(jié)果就是，可以進(jìn)一步提高車輛的能效。
在第一方面中，所述燃料電池的最大輸出和所述電容器的電容量設(shè)定成使燃料電池和電容器的成本基本上為最小。這樣就可以降低電動(dòng)汽車的制造成本。
在第一方面中，如果車輛的重量接近于2t，在240V到500V的電壓下使用所述燃料電池和所述電容器，燃料電池的最大輸出值可設(shè)定成一接近95kW的值，電容器的電容量可設(shè)定成一接近7F的值。在此情況下，電動(dòng)機(jī)的最大輸出可設(shè)定成一接近于85kW的值。
在第一方面中，所述電動(dòng)機(jī)的最大輸出可設(shè)定成一個(gè)基本上等于所述燃料電池的最大輸出與所述電容器在燃料電池發(fā)出最大輸出時(shí)的工作電壓上的最大輸出之和的值。這樣就可以采用其性能適于使車輛達(dá)到要求的動(dòng)力學(xué)特性的電容器。
在根據(jù)本發(fā)明第二方面的性能設(shè)定方法中，對(duì)安裝在一電動(dòng)汽車上的燃料電池和電容器的性能進(jìn)行設(shè)定，其中，所述電動(dòng)汽車是通過(guò)不經(jīng)過(guò)電壓轉(zhuǎn)換從燃料電池和電容器向?qū)?dòng)力輸出至車軸的電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路輸送電力而行駛的。燃料電池的最大輸出和電容器的電容量設(shè)定成可滿足一個(gè)以車輛的要求的最大加速度反復(fù)起步車輛達(dá)到一預(yù)定的高車速的第一行駛條件和一個(gè)以車輛的要求的最大加速度從一第一中間車速到一第二中間車速反復(fù)地改變車速的第二行駛條件。
根據(jù)第二方面，安裝在車輛上的燃料電池的最大輸出和安裝在車輛上的電容器的電容量設(shè)定成可滿足所述第一行駛條件和所述第二行駛條件。因而，可以將燃料電池和電容器的性能設(shè)定成適于使車輛達(dá)到要求的動(dòng)力學(xué)特性。通過(guò)將其性能這樣設(shè)定的燃料電池和電容器安裝在電動(dòng)汽車上，就可以提高車輛的能效。
在第二方面中，當(dāng)所述燃料電池工作在一個(gè)上至在該燃料電池中設(shè)定的最大輸出以下的一個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，所述電容器的電容量設(shè)定成處于一個(gè)滿足所述第一行駛條件和所述第二行駛條件的最小電容量以上的預(yù)定范圍內(nèi)。因而，可根據(jù)燃料電池的性能來(lái)設(shè)定適于使車輛達(dá)到要求的動(dòng)力學(xué)特性的電容器的性能。
在第二方面中，當(dāng)所述電容器工作在一個(gè)在該電容器中設(shè)定的電容量范圍內(nèi)時(shí)，所述燃料電池的最大輸出被設(shè)定成處于一個(gè)滿足所述第一行駛條件和所述第二行駛條件的最小輸出以上的預(yù)定范圍內(nèi)。因而，可根據(jù)電容器的性能來(lái)設(shè)定適于使車輛達(dá)到要求的動(dòng)力學(xué)特性的燃料電池的性能。
在第二方面中，燃料電池的最大輸出和電容器的電容量設(shè)定成處于一個(gè)包括這樣一個(gè)點(diǎn)的預(yù)定范圍，在該點(diǎn)，燃料電池最大輸出和電容器的電容量為滿足所述第一行駛條件要求的最小關(guān)系與燃料電池最大輸出和電容器的電容量為滿足所述第二行駛條件要求的最小關(guān)系相互重合。這樣就可以將燃料電池和電容器的性能均設(shè)定為接近于適于使車輛達(dá)到要求的動(dòng)力學(xué)特性的性能的最低水平。通過(guò)將其性能被這樣設(shè)定的燃料電池和電容器安裝在電動(dòng)汽車上，就可以進(jìn)一步提高車輛的能效。
在第二方面中，所述燃料電池的最大輸出和所述電容器的電容量設(shè)定成使燃料電池和電容器的成本基本上為最小。因而，可以將燃料電池和電容器的性能設(shè)定成在適于使車輛達(dá)到要求的動(dòng)力學(xué)特性的燃料電池的性能和電容器的性能中，所設(shè)定性能的成本較低。結(jié)果就是，可降低電動(dòng)汽車的制造成本。


圖1中的示意圖表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的電動(dòng)汽車的構(gòu)造；以及圖2中的圖線表示一總重為2t的電動(dòng)汽車的燃料電池最大輸出、電容器的電容量、車輛的動(dòng)力學(xué)特性、以及電動(dòng)汽車制造成本之間的關(guān)系的示例。
具體實(shí)施例方式
下文將參照附圖對(duì)根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖1是一個(gè)表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的電動(dòng)汽車10的構(gòu)造的示意圖。如圖1所示，根據(jù)該實(shí)施方式的電動(dòng)汽車10包括一利用作為燃料氣體的氫氣和空氣中氧氣而產(chǎn)生出電能的燃料電池30，所述氫氣是從一高壓氫氣罐22輸送來(lái)的，并通過(guò)一循環(huán)泵26進(jìn)行循環(huán)，空氣是流經(jīng)一換流閥50從一空氣壓縮機(jī)28和一蓄壓器24輸送的；一通過(guò)一個(gè)斷路器56與燃料電池30并聯(lián)的電容器32；一作為一電動(dòng)機(jī)36的驅(qū)動(dòng)電路的并將來(lái)自燃料電池30和電容器32的直流電轉(zhuǎn)變成三相交流電的逆變器34；一由逆變器34產(chǎn)生的三相交流電驅(qū)動(dòng)的并通過(guò)一差速器14向驅(qū)動(dòng)輪12輸出動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36；以及一對(duì)整個(gè)車輛實(shí)施控制的電子控制單元70。電動(dòng)汽車10設(shè)計(jì)成總重約為2t。
燃料電池30由一燃料電池組(圖中未示出)形成。通過(guò)堆疊多個(gè)單元電池并在單元電池之間設(shè)置隔離體而形成燃料電池組。通過(guò)設(shè)置一陽(yáng)極和一陰極以?shī)A持一電解質(zhì)膜而形成單元電池。隔離體在相鄰的單元電池之間起到隔板的作用。利用經(jīng)過(guò)形成在隔離體中的氣體通道輸送給陽(yáng)極的氫氣與輸送給陰極的空氣之間的電化學(xué)反應(yīng)，燃料電池30可產(chǎn)生電能。在燃料電池30中，設(shè)置有一條循環(huán)通道(圖中未示出)，冷卻介質(zhì)(例如冷卻水)可通過(guò)該循環(huán)通道循環(huán)。由于冷卻介質(zhì)通過(guò)循環(huán)通道循環(huán)流動(dòng)，燃料電池30中的溫度可保持在一個(gè)合適的溫度(例如65℃到85℃)上。在根據(jù)該實(shí)施方式的電動(dòng)汽車10上安裝有最大輸出(額定值)為95kW、工作電壓為240V到400V的燃料電池30。
電容器32設(shè)計(jì)成例如一個(gè)雙電層電容器(EDLC)。在根據(jù)該實(shí)施方式的電動(dòng)汽車10上安裝有工作電壓為240V到500V、電容量為7F的電容器32。
驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36設(shè)計(jì)成例如公知的同步發(fā)電電動(dòng)機(jī)，其既可作為電動(dòng)機(jī)，也可作為發(fā)電機(jī)。根據(jù)該實(shí)施方式的電動(dòng)汽車10上安裝有額定輸出為80到85kW的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36。調(diào)整和設(shè)定驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36的額定輸出，以使其基本上等于電動(dòng)汽車10上所安裝的燃料電池30的最大輸出與電容器32在燃料電池30以產(chǎn)生最大輸出工作時(shí)的工作電壓上的最大輸出之和。
在從燃料電池30和電容器32引出的電力線路上，設(shè)置有一個(gè)將燃料電池30和電容器32輸出的高壓直流電轉(zhuǎn)變成低壓(例如12V)直流電的DC/DC轉(zhuǎn)換器54。然后，將電力輸送給一個(gè)作為12V電源的二次電池60和安裝在車輛上的輔助機(jī)械62。
電子控制單元70設(shè)計(jì)成一個(gè)主要設(shè)置有一個(gè)CPU 72的微處理器。除了CPU 72之外，電子控制單元70還包括存儲(chǔ)處理程序等的ROM 74；臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的RAM 76；以及一輸入/輸出端口(圖中未示出)。來(lái)自與電容器32和逆變器34并聯(lián)設(shè)置的電壓傳感器52的電源電壓、來(lái)自檢測(cè)換檔桿81的位置的檔位傳感器82的檔位、來(lái)自檢測(cè)加速踏板83的踩踏量的加速踏板位置傳感器84的加速器開(kāi)度、來(lái)自檢測(cè)制動(dòng)踏板85的踩踏量的制動(dòng)踏板位置傳感器86的制動(dòng)位置、來(lái)自檢測(cè)車輛行駛速度的車速傳感器88的車速V等信號(hào)通過(guò)所述輸入端口輸入到電子控制單元70中。向循環(huán)泵26發(fā)送的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、向空氣壓縮機(jī)28發(fā)送的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、向逆變器34發(fā)送的轉(zhuǎn)換信號(hào)、向DC/DC轉(zhuǎn)換器54發(fā)送的直流電轉(zhuǎn)換信號(hào)、向斷路器56發(fā)送的開(kāi)關(guān)信號(hào)、向換流閥50發(fā)送的轉(zhuǎn)換信號(hào)等通過(guò)所述輸出端口從電子控制單元70發(fā)出。
在具有上述構(gòu)造的根據(jù)該實(shí)施方式的電動(dòng)汽車10中，當(dāng)駕駛員踩壓加速踏板83時(shí)，根據(jù)由加速踏板位置傳感器84檢測(cè)到的加速器開(kāi)度、以及由車速傳感器88檢測(cè)到的車速V而確定出車輛要求的扭矩(即要由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36輸出的扭矩)?？刂颇孀兤?4，以使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36能輸出該設(shè)定扭矩。通過(guò)從直流電力中減去輔助機(jī)械要求的電力，所述直流電力燃料電池30的最大輸出與電容器32在燃料電池30以產(chǎn)生最大輸出工作時(shí)的工作電壓上的最大輸出之和，并通過(guò)然后將所得到的電力轉(zhuǎn)換成三相交流電力，即得到輸送給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36的最大電力。因而，通過(guò)選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36，以使得在將所述獲得的電力輸送給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36時(shí)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36的輸出為額定輸出，就可選擇其性能最為適合燃料電池30的性能和電容器32的性能的電動(dòng)機(jī)。在該實(shí)施方式中，如上所述選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36。根據(jù)加速器開(kāi)度和車速V來(lái)設(shè)定車輛要求的扭矩。與此同時(shí)，根據(jù)車輛要求的動(dòng)力學(xué)特性來(lái)設(shè)定最大扭矩。
在根據(jù)該實(shí)施方式的電動(dòng)汽車10中，當(dāng)駕駛員踩壓制動(dòng)踏板85時(shí)，根據(jù)基于由制動(dòng)踏板位置傳感器86檢測(cè)到的制動(dòng)踏板位置和由車速傳感器88檢測(cè)到的車速V設(shè)定車輛的制動(dòng)扭矩。還控制逆變器34，以使得部分制動(dòng)扭矩可由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36的再生扭矩提供，并控制機(jī)械式制動(dòng)器，以使剩余的制動(dòng)扭矩由該機(jī)械式制動(dòng)器(圖中未示出)提供。通過(guò)將對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)執(zhí)行再生控制而產(chǎn)生的電力由逆變器34轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，將其存?chǔ)在電容器32中，并用于在駕駛員下次踩下加速踏板83時(shí)對(duì)車輛進(jìn)行加速。可以用控制上的任何方法來(lái)將設(shè)定的制動(dòng)扭矩分配成由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36產(chǎn)生的再生扭矩和由機(jī)械制動(dòng)器產(chǎn)生的扭矩。但是，考慮到能量效率的問(wèn)題，優(yōu)選地是，將大部分制動(dòng)扭矩分配給由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36產(chǎn)生的再生扭矩。
在此情況下，車輛要求的動(dòng)力學(xué)特性包括能滿足至少兩種行駛條件的動(dòng)力學(xué)特性。在下文種，第一種行駛條件被稱為“起步時(shí)可重復(fù)全加速條件”，第二種行駛條件被稱為“中間車速可重復(fù)全加速條件”。在起步時(shí)可重復(fù)最大加速條件中，在起步時(shí)以達(dá)到一預(yù)定高車速要求的最大加速度可重復(fù)地進(jìn)行全加速，在中間車速可重復(fù)最大加速條件中，以將車速?gòu)囊恢虚g車速增加約30km/h要求的最大加速度可重復(fù)地進(jìn)行全加速。也就是說(shuō)，如果可獲得滿足上述兩種條件的動(dòng)力學(xué)特性，則車輛就能勝任實(shí)際使用。在根據(jù)該實(shí)施方式的電動(dòng)汽車10中，選擇并使用其性能均適于上述動(dòng)力學(xué)性能的燃料電池30和電容器32，從而可減低成本。下文中將更為詳細(xì)地介紹燃料電池30性能與電容器32性能之間的關(guān)系，尤其是介紹燃料電池30的最大輸出與電容器32的電容量之間的關(guān)系。
圖2中的圖線示出了燃料電池30的最大輸出、電容器32的電容量、車輛的動(dòng)力學(xué)特性和總重為2t的電動(dòng)汽車的成本之間的關(guān)系的一個(gè)示例。在圖中，實(shí)線“A”表示能滿足起步時(shí)可重復(fù)全加速條件的范圍的下限，虛線“B”表示了能滿足中間車速可重復(fù)全加速條件的范圍的下限，點(diǎn)劃線“C”則表示了一條等成本線。滿足車輛要求的動(dòng)力學(xué)特性的范圍就是滿足起步時(shí)可重復(fù)全加速條件和中間車速可重復(fù)全加速條件的一個(gè)范圍。因而，可滿足動(dòng)力學(xué)特性的范圍在附圖中是實(shí)線“A”的右上區(qū)域與虛線“B”的右上區(qū)域相互重疊的部分(下文稱之為“條件滿足區(qū)域”)。在條件滿足區(qū)域內(nèi)，在距實(shí)線“A”或虛線“B”的距離超過(guò)一預(yù)定范圍的區(qū)域內(nèi)(例如圖中的右上角)，對(duì)于車輛要求的動(dòng)力學(xué)特性來(lái)說(shuō)，燃料電池和電容器具有過(guò)高的性能，從能效的角度考慮，這樣的情況是不利的。因而，在條件滿足區(qū)域內(nèi)，實(shí)線“A”以上、以及虛線“B”以上的區(qū)域(即圖中的陰影線區(qū)域，下文稱之為“優(yōu)選區(qū)域”)是優(yōu)選的。也就是說(shuō)，通過(guò)選擇其性能落在優(yōu)選區(qū)域內(nèi)的燃料電池和電容器并將其用作燃料電池30和電容器32，就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)置有其性能適于使車輛達(dá)到要求的動(dòng)力學(xué)特性的燃料電池和電容器的電動(dòng)汽車10。因而，如果已經(jīng)設(shè)定了要安裝在電動(dòng)汽車10上的燃料電池30的最大輸出，則需要設(shè)定電容器32的電容量以使電容器32的性能處于優(yōu)選區(qū)域內(nèi)。在另一方面，如果已經(jīng)設(shè)定了要安裝在電動(dòng)汽車10上的電容器32的電容量，則就需要設(shè)定燃料電池30的最大輸出以使燃料電池30的性能處于優(yōu)選區(qū)域內(nèi)。
另外，在優(yōu)選區(qū)域內(nèi)，實(shí)線“A”與虛線“B”交點(diǎn)附近的范圍是以最低的水平滿足起步時(shí)可重復(fù)全加速條件和中間車速全加速條件的必要/充分區(qū)域。因而，通過(guò)選擇出其性能均在必要/充分區(qū)域內(nèi)的燃料電池和電容器，并將其用作燃料電池30和電容器32，就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)置有其性能均必要而充分地適于使車輛達(dá)到所要求的動(dòng)力學(xué)特性的燃料電池和電容器的電動(dòng)汽車10。另外，從點(diǎn)劃線“C”可見(jiàn)，在條件滿足區(qū)域中，必要/充分區(qū)域是靠近最低成本線的區(qū)域。因而，通過(guò)選擇其性能均在必要/充分區(qū)域的燃料電池和電容器并將其用作燃料電池30和電容器32，就可以降低電動(dòng)汽車10的成本。結(jié)果就是，通過(guò)選擇其性能均處于必要/充分區(qū)域的燃料電池和電容器，就可以采用其性能必要而充分地適于使車輛達(dá)到要求的動(dòng)力學(xué)特性、且能效均為良好的燃料電池和電容器。另外，還可以降低成本?；谏鲜龅脑?，在根據(jù)該實(shí)施方式的電動(dòng)汽車10中，采用了其最大輸出為95kW的燃料電池30和電容量為7F的電容器。在此情況下，燃料電池30和電容器32的性能在必要/充分區(qū)域內(nèi)。
安裝在電動(dòng)汽車10上的燃料電池30的性能和電容器32的性能要根據(jù)電動(dòng)汽車10的總重和車輛要求的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行變化。因而，對(duì)于每種車輛總重和每種車輛要求的動(dòng)力學(xué)特性，都需要進(jìn)行試驗(yàn)，以獲得圖2所示的關(guān)系。對(duì)于要安裝到車輛上的燃料電池的最大輸出與電容器的電容量之間的關(guān)系需要進(jìn)行設(shè)定，以使得其能接近于滿足起步時(shí)可重復(fù)全加速條件的范圍的下限(圖2中的實(shí)線“A”)與滿足中間車速可重復(fù)全加速條件的范圍的下限(圖2中的虛線“B”)相交的一點(diǎn)。這樣，就可以選擇出其性能與車輛重量以及車輛要求的動(dòng)力學(xué)特性相適應(yīng)的燃料電池和電容器，并將選出的燃料電池和電容器安裝到車輛上。
在根據(jù)上述實(shí)施方式的電動(dòng)汽車10中，采用性能均處于以最低的水平滿足起步時(shí)可重復(fù)全加速條件和中間車速可重復(fù)全加速條件的必要/充分區(qū)域內(nèi)的燃料電池30和電容器32。因而，可使車輛獲得要求的動(dòng)力學(xué)特性，并提高能效。另外，還可降低電動(dòng)汽車10的制造成本。
此外，根據(jù)這種用于對(duì)要被安裝到該實(shí)施方式中電動(dòng)汽車10上的燃料電池30的最大輸出和電容器32的電容量進(jìn)行設(shè)定的方法，通過(guò)根據(jù)車輛的總重和車輛要求的動(dòng)力學(xué)特性而獲得以最低的水平滿足起步時(shí)可重復(fù)全加速條件和中間車速可重復(fù)全加速條件的必要/充分區(qū)域，就可以將燃料電池的最大輸出和電容器的電容量設(shè)定為與車輛總重和車輛要求的動(dòng)力學(xué)特性相適配。因而，通過(guò)將這樣設(shè)定其最大輸出的燃料電池和這樣設(shè)定其電容量的電容器安裝到車輛上，就可以實(shí)現(xiàn)車輛要求的動(dòng)力學(xué)特性，并提高了能效。
在其中設(shè)有與燃料電池30并聯(lián)的電容器32的電動(dòng)汽車中，如根據(jù)該實(shí)施方式的電動(dòng)汽車10中，與其中設(shè)有一個(gè)與燃料電池并聯(lián)的二次電池的電動(dòng)汽車的情況相比，在駕駛員所發(fā)出的請(qǐng)求使燃料電池的大的輸出達(dá)到其峰值時(shí)，可抑制燃料電池的輸出。在設(shè)置有燃料電池和二次電池的電動(dòng)汽車中，由于二次電池的輸出是有限的，所以需要由燃料電池產(chǎn)生大的輸出。但是，在設(shè)置有燃料電池30和電容器32的電動(dòng)汽車10中，如果對(duì)于很短的時(shí)間，則電容器32可產(chǎn)生大的輸出。也就是說(shuō)，在根據(jù)該實(shí)施方式的電動(dòng)汽車10中，當(dāng)駕駛員所發(fā)出的請(qǐng)求以產(chǎn)生達(dá)到其峰值的輸出時(shí)，首先由電容器產(chǎn)生大的輸出。由于這樣的請(qǐng)求一般只持續(xù)很短的時(shí)間，不會(huì)延續(xù)很長(zhǎng)的時(shí)間，因此，由于電容器32的輸出，可抑制燃料電池30的大輸出。因而，在對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36進(jìn)行控制時(shí)，就可以增大在車輛行駛時(shí)峰值控制中的可用扭矩的范圍。在根據(jù)該實(shí)施方式的其中燃料電池30和電容器32設(shè)置成與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36并聯(lián)的電動(dòng)汽車10中，當(dāng)所發(fā)出的請(qǐng)求以產(chǎn)生達(dá)到其峰值的輸出并執(zhí)行峰值控制時(shí)，能夠抑制燃料電池的輸出并增大驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的可用范圍。因此，與其中燃料電池和二次電池與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)的電動(dòng)汽車相比，其中燃料電池30和電容器32與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36并聯(lián)的電動(dòng)汽車是有利的。
在根據(jù)該實(shí)施方式的電動(dòng)汽車10中，采用其性能均處于必要/充分區(qū)域內(nèi)的燃料電池30和電容器32。但是，電動(dòng)汽車10中也可選擇和采用其性能均在圖2所示陰影的優(yōu)選區(qū)域內(nèi)的燃料電池30和電容器32。電動(dòng)汽車10中也可選擇和采用其性能處于條件滿足區(qū)域內(nèi)的燃料電池30和電容器32，在圖2中，條件滿足區(qū)域是指實(shí)線“A”右上方區(qū)域與虛線“B”右上方區(qū)域的重疊區(qū)。
在根據(jù)該實(shí)施方式的電動(dòng)汽車10中，采用這樣的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36以產(chǎn)生最大的輸出，該驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36具有產(chǎn)生基本上等于安裝在電動(dòng)汽車10上的燃料電池30的最大輸出與電容器32在燃料電池30以發(fā)出最大輸出工作時(shí)的工作電壓上的最大輸出之和的額定輸出的性能。但是，也可采用其性能等于或高于上述性能的電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)36。
盡管參考上述優(yōu)選實(shí)施形式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明不限于上述實(shí)施形式，且本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)為在本發(fā)明范圍內(nèi)的各種其它實(shí)施形式。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)汽車，設(shè)置有可向車軸輸出動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)(36)；所述電動(dòng)機(jī)(36)的驅(qū)動(dòng)電路(34)；燃料電池(30)，該燃料電池(30)與所述電動(dòng)機(jī)(36)并聯(lián)地電連接，以通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)電路(34)向所述電動(dòng)機(jī)(36)供應(yīng)該燃料電池(30)的電力；和與所述燃料電池(30)并聯(lián)連接的電容器(32)，該電動(dòng)汽車的特征在于所述燃料電池(30)的最大輸出以及所述電容器(32)的電容量設(shè)定成滿足一個(gè)以車輛的要求的最大加速度反復(fù)起步車輛達(dá)到一預(yù)定的高車速的第一行駛條件和一個(gè)以車輛的要求的最大加速度從一第一中間車速到一第二中間車速反復(fù)地改變車速的第二行駛條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車，其特征在于當(dāng)所述燃料電池(30)工作在一個(gè)上至在所述燃料電池(30)中設(shè)定的最大輸出的范圍內(nèi)時(shí)，所述電容器(32)的電容量設(shè)定成處于一個(gè)滿足所述第一行駛條件和所述第二行駛條件的最小電容量以上的預(yù)定范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車，其特征在于當(dāng)所述電容器(32)工作在一個(gè)在所述電容器(32)中設(shè)定的電容量范圍內(nèi)時(shí)，所述燃料電池(30)的最大輸出設(shè)定成處于一個(gè)滿足所述第一行駛條件和所述第二行駛條件的最小輸出以上的預(yù)定范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車，其特征在于所述燃料電池(30)的最大輸出和所述電容器(32)的電容量設(shè)定成處于一包括這樣一個(gè)點(diǎn)的預(yù)定范圍內(nèi)，在該點(diǎn)，所述燃料電池(30)的最大輸出和所述電容器(32)的電容量之間滿足所述第一行駛條件要求的最小關(guān)系與所述燃料電池(30)的最大輸出和所述電容量(32)的電容量之間滿足所述第二行駛條件要求的最小關(guān)系相互重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車，其特征在于所述燃料電池(30)的最大輸出和所述電容器(32)的電容量設(shè)定成使所述燃料電池(30)和所述電容器(32)的成本基本上為最小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車，其特征在于在汽車重量約為2t的情況下，在240V到500V的電壓下使用所述燃料電池(30)和所述電容器(32)，所述燃料電池(30)的最大輸出設(shè)定成一個(gè)接近95kW的值，所述電容器(32)的電容量設(shè)定成一個(gè)接近7F的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動(dòng)汽車，其特征在于所述電動(dòng)機(jī)(36)的最大輸出設(shè)定成一個(gè)接近于85kW的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到4、6和7中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車，其特征在于所述電動(dòng)機(jī)(36)的最大輸出設(shè)定成一個(gè)基本上等于所述燃料電池(30)的最大輸出與所述電容器(32)在所述燃料電池(30)以產(chǎn)生最大輸出工作時(shí)的工作電壓上的最大輸出之和的值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到4、6和7中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電路(34)為一逆變器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電動(dòng)汽車，其特征在于所述逆變器(34)將對(duì)所述驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(36)執(zhí)行再生控制而獲得的電力變換為直流電力；以及所述電容器(32)存儲(chǔ)所述直流電力。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到4、6和7中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車，其特征在于所述電容器(32)是一雙電層電容器。
12.一種用于對(duì)燃料電池(30)的性能和電容器(32)的性能進(jìn)行設(shè)定的性能設(shè)定方法，所述燃料電池(30)和所述電容器(32)要安裝在一電動(dòng)汽車上，所述電動(dòng)汽車通過(guò)由所述燃料電池(30)和所述電容器(32)向一可向車軸輸出動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)(36)的驅(qū)動(dòng)電路(34)輸送電力來(lái)行駛，該方法的特征在于包括將所述燃料電池(30)的最大輸出和所述電容器(32)的電容量設(shè)定成滿足一個(gè)以車輛的要求的最大加速度反復(fù)起步車輛達(dá)到一預(yù)定的高車速的第一行駛條件和一個(gè)以車輛的要求的最大加速度從一第一中間車速到一第二中間車速反復(fù)地改變車速的第二行駛條件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的性能設(shè)定方法，其特征在于當(dāng)所述燃料電池(30)工作在一個(gè)上至在所述燃料電池(30)中設(shè)定的最大輸出的范圍內(nèi)時(shí)，所述電容器(32)的電容量設(shè)定成在一個(gè)滿足所述第一行駛條件和所述第二行駛條件的最小電容量以上的預(yù)定范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的性能設(shè)定方法，其特征在于當(dāng)所述電容器(32)工作在一個(gè)在所述電容器(32)中設(shè)定的電容量范圍內(nèi)時(shí)，所述燃料電池(30)的最大輸出設(shè)定成處于一個(gè)滿足所述第一行駛條件和所述第二行駛條件的最小輸出以上的預(yù)定范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的性能設(shè)定方法，其特征在于所述燃料電池(30)的最大輸出和所述電容器(32)的電容量設(shè)定成處于一包括這樣一個(gè)點(diǎn)的預(yù)定范圍內(nèi)，在該點(diǎn)，所述燃料電池(30)最大輸出和所述電容器(32)的電容量之間滿足所述第一行駛條件要求的最小關(guān)系與所述燃料電池(32)最大輸出和所述電容器(32)的電容量之間滿足所述第二行駛條件要求的最小關(guān)系相互重合。
16.根據(jù)權(quán)利要求12到15中任一項(xiàng)所述的性能設(shè)定方法，其特征在于所述燃料電池(30)的最大輸出和所述電容器(32)的電容量設(shè)定成使所述燃料電池(30)和所述電容器(32)的成本基本上為最小。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)汽車及性能的設(shè)定方法。燃料電池的最大輸出與電容器的電容量設(shè)定成接近滿足第一條件的區(qū)域的下限(實(shí)線“A”)與滿足第二條件的區(qū)域的下限(虛線“B”)相交的一點(diǎn)。在第一條件中，在起步時(shí)以達(dá)到一預(yù)定高車速要求的最大加速度可重復(fù)地進(jìn)行全加速，在第二條件中，以將車速?gòu)囊恢虚g車速增加約30km/h要求的最大加速度可重復(fù)地進(jìn)行全加速。然后，將具有這樣性能的燃料電池和電容器安裝到電動(dòng)汽車上。結(jié)果是，可采用其性能均適于使車輛達(dá)到要求的動(dòng)力學(xué)特性的燃料電池和電容器，并能提高能效，且可降低電動(dòng)汽車的制造成本。
文檔編號(hào)H01M8/04GK1522889SQ20041000428
公開(kāi)日2004年8月25日 申請(qǐng)日期2004年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月19日
發(fā)明者石川哲浩, 史, 吉田寬史, 佐藤仁 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社