СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕБУЕМОЙ ВЫХОДНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ МАШИНЫ Российский патент 2020 года по МПК H01M8/24 B60K6/32 B60L50/75 

Область техники

Изобретение относится к способу определения требуемой выходной электрической мощности машины, на которой устанавливаются батарея топливных элементов и электромотор.

Уровень техники

Японская нерассмотренная публикация патентной заявки № 2017-081319 (JP 2017-081319 A) раскрывает гибридное транспортное средство, которое снабжается двигателем внутреннего сгорания и электромотором, который приводится в действие посредством подачи питания от аккумуляторной батареи.

Сущность изобретения

В качестве условия, которое должно быть удовлетворено при проектировании автомобиля, может быть упомянуто условие, что транспортное средство может двигаться в крейсерском режиме (далее в данном документе называется движением в крейсерском режиме). Крейсерский режим является состоянием, когда транспортное средство может продолжать двигаться в предварительно определенных условиях движения в течение предварительно определенного времени. Предварительно определенные условия движения определяются как скорость транспортного средства, определенная при проектировании, уклон на подъеме или т.п.

Дополнительно, в качестве условия, которое должно быть удовлетворено при проектировании автомобиля, может быть упомянуто условие, что может быть приложена максимальная выходная мощность в качестве проектного значения. В случае гибридного транспортного средства максимальная выходная мощность проявляется посредством одновременного приведения в действие двигателя внутреннего сгорания и электромотора. С точки зрения удовлетворения максимальной выходной мощности, спад выходной мощности является необязательным. Т.е., пока сумма выходной мощности от двигателя внутреннего сгорания и выходной мощности от электромотора удовлетворяет максимальной выходной мощности, каждая максимальная выходная мощность может принимать любое значение.

Двигатель внутреннего сгорания, который устанавливается на автомобиле, имеет хронологию своей разработки, которая продолжалась в течение длительного периода времени, и, следовательно, проектирование автомобиля так, чтобы изменять размер или выходную мощность в соответствии с автомобилем, который проектируется заново, может быть выполнено относительно легко. Относительно аккумуляторной батареи, которая устанавливается на гибридном транспортном средстве, основная тенденция относительно концепции проектирования заключалась в том, что просто необходимо иметь возможность демонстрировать выходную мощность, пригодную для поддержания выходной мощности двигателя внутреннего сгорания. По этой причине, относительно аккумуляторной батареи, уменьшению размера придавалась особое значение.

Как описано выше, относительно конструктивного решения, в котором двигатель внутреннего сгорания устанавливается в качестве основного источника приведения в движение, технология является зрелой, а относительно стоимости разработки и периода разработки, едва ли возникнет большая проблема.

В отличие от вышесказанного, условия для проектирования транспортного средства на топливных элементах отличаются от условий для гибридного транспортного средства, как описано выше. При проектировании топливного элемента, аналогично проектированию двигателя внутреннего сгорания, необходима корректировка различных частей или модулей. Однако, история развития топливного элемента является недолгой по сравнению с историей развития двигателя внутреннего сгорания. По этой причине, когда размер или выходная мощность батареи топливных элементов необязательно проектируется, число процессов или затраты, необходимые для проектирования, становятся огромными. По этой причине, когда транспортное средство на топливных элементах вновь проектируется посредством обращения к концепции проектирования гибридного транспортного средства, возникает вероятность того, что стоимость разработки может увеличиваться, а период разработки может затягиваться.

Обстоятельства, описанные выше, не ограничиваются автомобилем и являются общими для машины, на которой устанавливается батарея топливных элементов. Машина, когда упоминается в данном документе, означает машину, в общем, на которой устанавливается приводной электромотор. Изобретение предоставляет способ проектирования машины, в котором стоимость разработки и период разработки для вновь проектируемой машины, на которой устанавливаются батарея топливных элементов и приводной электромотор, уменьшаются.

Аспект этого изобретения относится к способу определения требуемой выходной электрической мощности машины, на которой устанавливают приводной мотор, батарею топливных элементов, выполненную с возможностью генерирования электрического тока для приведения в действие приводного мотора, и аккумуляторную батарею, выполненную с возможностью выдачи электрического тока для приведения в действие приводного мотора, при котором: определяют максимальную выходную мощность приводного мотора как первое значение выходной мощности и выходную мощность приводного мотора, когда транспортное средство движется в крейсерском режиме, как второе значение выходной мощности; определяют число батарей топливных элементов, которые должны быть установлены, как n, причем n является натуральным числом, и значение выходной мощности, выводимое батареей топливных элементов, когда транспортное средство движется в крейсерском режиме, является третьим значением выходной мощности; и определяют максимальную выходную мощность аккумуляторной батареи как значение, полученное вычитанием значения, полученного умножением максимальной выходной мощности батареи топливных элементов на n, из первого значения выходной мощности, при этом: значение, полученное умножением третьего значения выходной мощности на n, равно или больше второго значения выходной мощности; и значение, полученное умножением третьего значения выходной мощности на (n-1), меньше второго значения выходной мощности.

В способе согласно аспекту изобретения способ проектирования батареи топливных элементов может быть таким же, что и способ проектирования батареи топливных элементов, установленной на машине, спроектированной отдельно от машины. Согласно аспекту изобретения, поскольку способ проектирования батареи топливных элементов для другой машины может быть использован, или на него выполняется ссылка, стоимость разработки и период разработки для вновь проектируемой машины уменьшаются. Дополнительно, посредством проектирования аккумуляторной батареи, как описано выше, возможно выполнять проектирование, чтобы удовлетворять максимальной выходной мощности.

В способе согласно аспекту изобретения машина может быть спроектирована так, что, когда транспортное средство движется в крейсерском режиме, состояние заряда (SOC) аккумуляторной батареи поддерживается. Согласно аспекту изобретения, в крейсерском режиме, SOC аккумуляторной батареи поддерживается. Кроме того, когда максимальная выходная мощность должна быть проявлена, ситуация, что время, в течение которого максимальная выходная мощность может быть проявлена, становится незначительным вследствие нехватки SOC, может быть устранена.

Способ согласно аспекту изобретения может дополнительно включать в себя конструирование машины так, чтобы устанавливать преобразователь топливных элементов, электрически соединенный с батареей топливных элементов, преобразователь топливных элементов конфигурируется, чтобы управлять напряжением выработки мощности батареи топливных элементов, водородный бак, сконфигурированный, чтобы хранить водород для подачи к батарее топливных элементов, и вспомогательное оборудование для выработки мощности посредством батареи топливных элементов, и конструирование машины так, чтобы устанавливать с, по меньшей мере, одним из преобразователя топливных элементов, водородного бака и вспомогательного оборудования n комплектами, когда n равно 2 или более. Согласно аспекту изобретения, проект может также быть использован или упомянут, по меньшей мере, для одного из преобразователя топливных элементов, водородного бака и вспомогательного оборудования.

В способе согласно аспекту изобретения машина может быть автомобилем. Согласно аспекту изобретения способ согласно аспекту изобретения может быть применен к конструированию автомобиля.

В способе согласно аспекту изобретения, в случае, когда n равно 2 или более, автомобиль может быть моторным грузовым автомобилем. Согласно аспекту изобретения становится легко выполнять соответствующее проектирование с точки зрения пространства установки и соотношения между максимальной выходной мощностью и выходной мощностью в крейсерском режиме. Аспект изобретения не исключает заранее случай, когда n равно 1, когда машина является моторным грузовым автомобилем.

В способе согласно аспекту изобретения, когда автомобиль является моторным грузовым автомобилем, n может быть равно 2 или более. Согласно аспекту изобретения становится легко выполнять соответствующее проектирование с точки зрения пространства установки и соотношения между максимальной выходной мощностью и выходной мощностью, когда транспортное средство движется в крейсерском режиме. Аспект изобретения не исключает заранее случай, когда машина является автомобилем, отличным от моторного грузового автомобиля, когда n равно 2 или более. Например, машина может быть крупногабаритным автобусом или т.п.

Краткое описание чертежей

Признаки, преимущества и техническое и промышленное значение примерных вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых аналогичные номера обозначают аналогичные элементы, и на которых:

Фиг. 1 - схема, показывающая транспортное средство на топливных элементах;

Фиг. 2 - схема, показывающая транспортное средство на топливных элементах;

Фиг. 3 - схема, показывающая транспортное средство на топливных элементах;

Фиг. 4 - блок-схема, показывающая конфигурацию первого блока питания;

Фиг. 5 - вид в перспективе, показывающий батарею топливных элементов;

Фиг. 6 - блок-схема, показывающая конфигурацию второго блока питания;

Фиг. 7 - блок-схема последовательности операций, показывающая процедуру для проектирования блока питания;

Фиг. 8 - столбчатая диаграмма, показывающая соотношение между выходной мощностью в крейсерском режиме и числом батарей топливных элементов;

Фиг. 9 - график, в котором падение выходной мощности показано по вертикальной оси, а максимальная выходная мощность показана по горизонтальной оси;

Фиг. 10 - блок-схема последовательности операций, показывающая процедуру проектирования модуля топливных элементов;

Фиг. 11 - блок-схема последовательности операций, показывающая процедуру проектирования электрической системы; и

Фиг. 12 - схема, схематично показывающая последовательность производства транспортного средства на топливных элементах.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Фиг. 1 показывает транспортное средство 11 на топливных элементах. Фиг. 2 показывает транспортное средство 12 на топливных элементах. Фиг. 3 показывает транспортное средство 13 на топливных элементах. Транспортные средства 11, 12 на топливных элементах являются пассажирскими автомобилями. Транспортное средство 13 на топливных элементах является моторным грузовым автомобилем. Транспортное средство 13 на топливных элементах буксирует прицеп 19.

Транспортное средство 11 на топливных элементах снабжается первым блоком 21 питания и системой 900 управления. Транспортное средство 12 на топливных элементах снабжается вторым блоком 22 питания и системой 900 управления. Транспортное средство 13 на топливных элементах снабжается двумя третьими блоками 23 питания, карданным валом 25 и системой 900 управления. Каждый из первого блока 21 питания, второго блока 22 питания и двух третьих блоков 23 питания имеет функцию выполнения выработки мощности посредством топливного элемента, как будет описано позже.

Система 900 управления является общим термином для устройств, которые управляются водителем для вождения. Система 900 управления включает в себя педаль акселератора, педаль тормоза, рулевое колесо и т.п. Система 900 управления не является точно одинаковой в транспортных средствах 11, 12, 13 на топливных элементах. Однако, в этом варианте осуществления, устройства называются системой 900 управления совокупно в транспортных средствах 11, 12, 13 на топливных элементах. Одна система 900 управления устанавливается на каждом из транспортных средств 11, 12, 13 на топливных элементах.

Первый блок 21 питания подает электрическую мощность системе 900 управления. Второй блок 22 питания подает электрическую мощность системе 900 управления. Каждый из двух третьих блоков 23 питания подает электрическую мощность системе 900 управления.

Первый блок 21 питания генерирует крутящий момент для привода двух передних колес FW. Второй блок 22 питания генерирует крутящий момент для привода двух передних колес FW. Каждый из третьих блоков 23 питания генерирует крутящий момент для привода четырех задних колес RW. Крутящий момент, генерируемый двумя третьими блоками 23 питания, передается четырем задним колесам RW через один карданный вал 25.

Фиг. 4 является блок-схемой, показывающей конфигурацию первого блока 21 питания. Первый блок 21 питания снабжается модулем 50 топливных элементов и электрической системой 61. Модуль 50 топливных элементов снабжается батареей 100 топливных элементов, водородным баком 105, преобразователем 110 топливных элементов и вспомогательным оборудованием 140. Электрическая система 61 снабжается аккумуляторной батареей 120, преобразователем 130 аккумуляторной батареи, инвертором 150 мотора, контроллером 160 и приводным мотором 220.

Фиг. 5 является видом в перспективе, показывающим батарею 100 топливных элементов. В батарее 100 топливных элементов множество элементов 101, уложенных в направлении укладки, располагаются между парой торцевых пластин 170F, 170E. Батарея 100 топливных элементов имеет клеммную пластину 160F с изолирующей пластиной 165F, вставленной между торцевой пластиной 170F на одной торцевой стороне и элементом 101.

Батарея 100 топливных элементов также имеет клеммную пластину 160E на задней торцевой стороне с изолирующей пластиной 165E на задней торцевой стороне, аналогично вставленной между торцевой пластиной 170E и элементом 101. Контур каждого элемента 101, клеммных пластин 160F, 160E, изолирующих пластин 165F, 165E и торцевых пластин 170F, 170E имеет практически прямоугольную форму.

Клеммная пластина 160F на передней торцевой стороне и клеммная пластина 160E на задней торцевой стороне являются токосъемными пластинами и выводят собранную электрическую мощность от токосъемных клемм 161 наружу.

Водородный бак 105 хранит водород для подачи к батарее 100 топливных элементов. Батарея 100 топливных элементов электрически соединяется с преобразователем 110 топливных элементов. Преобразователь 110 топливных элементов выполняет операцию повышения напряжения, которая повышает выходное напряжение батареи 100 топливных элементов до целевого напряжения. Преобразователь 110 топливных элементов электрически соединяется с инвертором 150 мотора через высоковольтный провод DCH постоянного тока.

Аккумуляторная батарея 120 является литиево-ионной аккумуляторной батареей. Аккумуляторная батарея 120 в этом варианте осуществления является литиево-титанатной аккумуляторной батареей. Литиево-титанатная аккумуляторная батарея является одним типом литиево-ионной аккумуляторной батареи. Аккумуляторная батарея 120 в другом варианте осуществления может быть литиево-ионной аккумуляторной батареей, отличной от литиево-титанатной аккумуляторной батареи, или может быть аккумуляторной батареей, отличной от литиево-ионной аккумуляторной батареи. Аккумуляторная батарея 120 электрически соединяется с преобразователем 130 аккумуляторной батареи через низковольтный провод DCL постоянного тока. Аккумуляторная батарея 120 имеет структуру, в которой множество элементов укладываются последовательно. В другом варианте осуществления аккумуляторная батарея 120 может иметь тип, в котором напряжение поддерживается последовательно, а энергия поддерживается посредством параллельного соединения.

Преобразователь 130 аккумуляторной батареи электрически соединяется с преобразователем 110 топливных элементов и инвертором 150 мотора через высоковольтный провод DCH постоянного тока. Преобразователь 130 аккумуляторной батареи управляет зарядом и разрядом аккумуляторной батареи 120, регулируя напряжение в высоковольтном проводе DCH постоянного тока, которое является входным напряжением инвертора 150 мотора.

Преобразователь 130 аккумуляторной батареи инструктирует аккумуляторной батарее 20 выполнять подачу питания, в случае, когда выходная электрическая мощность от преобразователя 110 топливных элементов является недостаточной относительно целевой выходной электрической мощности. В этом варианте осуществления, случай, когда выходная электрическая мощность от преобразователя 110 топливных элементов является недостаточной относительно целевой выходной электрической мощности, называется переходным состоянием.

В случае, когда рекуперативная электрическая мощность генерируется в приводном моторе 220, преобразователь 130 аккумуляторной батареи преобразует рекуперативную электрическую мощность из переменного тока в постоянный ток и выводит преобразованную рекуперативную электрическую мощность в сторону низковольтного провода DCL постоянного тока.

Преобразователь 130 аккумуляторной батареи может преобразовывать выходную электрическую мощность батареи 100 топливных элементов и выводить преобразованную выходную электрическую мощность в сторону низковольтного провода DCL постоянного тока. С помощью выходной электрической мощности контроллер 160 может выполнять управление, чтобы повышать SOC аккумуляторной батареи 120 в случае, когда электрическая мощность, которая может быть выведена от преобразователя 110 топливного элемента, превышает целевую выходную электрическую мощность.

Вспомогательное оборудование 140 является общим термином для вспомогательного оборудования, которое используется для работы батареи 100 топливных элементов. Вспомогательное оборудование 140 включает в себя воздушный компрессор, насос для циркуляции водорода, водяной насос и т.п. Вспомогательное оборудование 140 электрически соединяется с низковольтным проводом DCL постоянного тока или высоковольтным проводом DCH постоянного тока.

Инвертор 150 мотора преобразует электрическую мощность, которая подается в постоянном токе через высоковольтный провод DCH постоянного тока, в электрическую мощность трехфазного переменного тока. Инвертор 150 мотора электрически соединяется с приводным мотором 220 и подает электрическую мощность трехфазного переменного тока к приводному мотору 220. Инвертор 150 мотора преобразует рекуперативную электрическую мощность, которая генерируется в приводном моторе 220, в электрическую мощность постоянного тока и выводит электрическую мощность постоянного тока на высоковольтный провод DCH постоянного тока.

Контроллер 160 конфигурируется из множества ECU. Контроллер 160 управляет работой каждой части первого блока 21 питания, включающего в себя вышеописанное содержимое.

Фиг. 6 является блок-схемой, показывающей конфигурацию второго блока 22 питания. Второй блок 22 питания снабжается модулем 50 топливных элементов и электрической системой 62. Третий блок 23 питания снабжается модулем 50 топливных элементов и электрической системой. Электрическая система, которая включена в третий блок 23 питания, не показана на чертеже.

Модуль 50 топливных элементов, который устанавливается во втором блоке 22 питания, является таким же, что и модуль 50 топливных элементов, который устанавливается в первом блоке 21 питания. Модуль 50 топливных элементов, который устанавливается в третьем блоке 23 питания, также является таким же, что и модуль 50 топливных элементов, который устанавливается в первом блоке 21 питания. Т.е., в любом из батареи 100 топливных элементов, водородного бака 105, преобразователя 110 топливных элементов и вспомогательного оборудования 140, их конструкция является такой же, что и конструкция тех, которые установлены в первом блоке 21 питания.

Электрическая система 62 является общей с электрической системой 61 в том, что электрическая система 62 снабжается аккумуляторной батареей, преобразователем аккумуляторной батареи, инвертором мотора, контроллером и приводным мотором. Однако, каждая часть, конфигурирующая электрическую систему 62, проектируется для использования в транспортном средстве 12 на топливных элементах. Аналогично, каждая часть, конфигурирующая электрическую систему, которая включена в третий блок 23 питания, проектируется для использования в транспортном средстве 13 на топливных элементах. Например, выходные характеристики аккумуляторной батареи или максимальная выходная мощность приводного мотора отличается от случая транспортного средства 11 на топливных элементах.

Транспортное средство 13 на топливных элементах снабжается двумя электрическими системами, и, следовательно, транспортное средство 13 на топливных элементах снабжается двумя приводными моторами. Два приводных мотора соединяются последовательно и вращают один карданный вал 25.

Фиг. 7 является блок-схемой последовательности операций, показывающей процедуру для проектирования блока питания. Второй блок 22 питания и третий блок 23 питания проектируется согласно процедуре проектирования, показанной на фиг. 7, с помощью конструкции первого блока 21 питания. Как показано на фиг. 7, модуль топливных элементов проектируется (S200), а после этого проектируется электрическая система (S300). Перед описанием этапов S200 и S300 конструкция первого блока 21 питания будет описана как предпосылка для процедуры проектирования.

Фиг. 8 является столбчатой диаграммой, в которой выходная мощность в крейсерском режиме показана по вертикальной оси, а число батарей 100 топливных элементов показано по горизонтальной оси. Изначально, модуль 50 топливных элементов проектируется, чтобы быть установленным в транспортном средстве 11 на топливных элементах.

При проектировании транспортного средства 11 на топливных элементах была применена идея, что батарея 100 топливных элементов проектируется так, что движение в крейсерском режиме может выполняться исключительно посредством выработки мощности батареей 100 топливных элементов, не полагаясь на подачу электропитания посредством аккумуляторной батареи 120. Дополнительно, поскольку транспортное средство 11 на топливных элементах является пассажирским автомобилем, и пространство для монтажа ограничено, была применена концепция проектирования, что число батарей 100 топливных элементов, которые устанавливаются, задается равным одному.

На фиг. 8 выходная мощность, необходимая для движения в крейсерском режиме транспортного средства 11 на топливных элементах (далее в данном документе называемая выходной мощностью крейсерского режима), показана как значение Pc1 выходной мощности. Крейсерский режим является состоянием движения, которое определяется для каждого транспортного средства. В частности, случай движения по горизонтальной дороге был предположен, и максимальная скорость транспортного средства, при которой SOC может поддерживаться, была задана как находящаяся в нормальном диапазоне. Т.е., в случае движения по горизонтальной дороге, когда скорость транспортного средства равна или ниже максимальной скорости транспортного средства, в принципе, пока электрическая мощность, генерируемая батареей 100 топливных элементов, подается к приводному мотору 220, движение в крейсерском режиме возможно даже без разряда аккумуляторной батареи 120. В этом случае SOC может поддерживаться с незначительным увеличением или уменьшением. Тот факт, что SOC может поддерживаться, не исключает возможности увеличивать SOC посредством заряда.

В этом варианте осуществления, в случае движения с максимальной скоростью транспортного средства, максимальная скорость транспортного средства определяется так, что продленное движение в крейсерском режиме также является возможным. Продленное движение в крейсерском режиме является движением на предварительно определенное расстояние движения с балансом SOC, заданным равным нулю в случае, когда среднее значение градиента практически равно нулю.

Например, в случае движения на нисходящем уклоне после короткого поднимающегося уклона, при движении на поднимающемся уклоне, разряд аккумуляторной батареи 120 выполняется в дополнение к выработке мощности посредством батареи 100 топливных элементов, а на нисходящем уклоне значение SOC может быть возвращено к значению перед движением на поднимающемся уклоне посредством заряда аккумуляторной батареи 120 с помощью, по меньшей мере, одного из выработки мощности посредством батареи 100 топливных элементов или рекуперативной электрической мощности. Как описано выше, когда баланс между величиной разряда и величиной заряда аккумуляторной батареи 120 совпадает в коротком периоде времени, возможно поддерживать SOC. Движение, описанное выше, называется продленным движением в крейсерском режиме.

Продленное движение в крейсерском режиме также включает в себя следующее движение. При движении по горизонтальной дороге, с помощью разряда аккумуляторной батареи 120 в течение предварительно определенного времени (около 10 минут), движение со скоростью транспортного средства, превышающей максимальную скорость транспортного средства, является возможным. В случае, когда движение в крейсерском режиме начинается со скоростью движения, сниженной, прежде чем SOC достигает нижнего предельного значения диапазона фактического использования, после этого, в случае, когда существует возможность заряда аккумуляторной батареи 120, когда скорость транспортного средства возвращается к значению SOC перед движением со скоростью транспортного средства, превышающей максимальную скорость транспортного средства, это означает, что продленное движение в крейсерском режиме было выполнено.

В результате проектирования батареи 100 топливных элементов батарея 100 топливных элементов может непрерывно выводить значение Pc выходной мощности. Значение Pc выходной мощности больше значения Pc1 выходной мощности. По этой причине, концепция проектирования, описанная выше, удовлетворяется.

Фиг. 9 является графиком, на котором падение выходной мощности показано по вертикальной оси, а максимальная выходная мощность показана по горизонтальной оси. При проектировании транспортного средства определяется максимальная выходная мощность. Максимальная выходная мощность обычно определяется для того, чтобы поддерживать характеристику ускорения. Например, максимальная выходная мощность определяется как состояние того, что скорость транспортного средства достигает от 0 км/ч до 100 км/ч за время (далее в данном документе называемое временем ускорения), определенное заранее (далее в данном документе называется состоянием ускорения). Максимальная выходная мощность транспортного средства 11 на топливных элементах определяется как значение P1 выходной мощности, показанное на фиг. 9.

С другой стороны, максимальная выходная мощность батареи 100 топливных элементов является значением Pmax выходной мощности, показанным на фиг. 9. Значение Pmax выходной мощности обычно больше значения Pc выходной мощности. Это обусловлено тем, что, в состоянии ускорения, температура батареи 100 топливных элементов возможно становится высокой по сравнению с крейсерским режимом.

Однако, как показано на фиг. 9, значение Pmax выходной мощности меньше значения P1 выходной мощности. По этой причине невозможно реализовать максимальную выходную мощность транспортного средства 11 на топливных элементах исключительно посредством выработки мощности батареей 100 топливных элементов. Нехватка батареи 100 топливных элементов, которая получается посредством вычитания значения Pmax выходной мощности из максимальной выходной мощности, пополняется выходной мощностью аккумуляторной батареи 120. Т.е., аккумуляторная батарея 120 проектируется так, что максимальная выходная мощность аккумуляторной батареи 120 практически равна нехватке. Дополнительно, в аккумуляторной батарее 120, емкость и SOC в диапазоне фактического использования проектируются так, чтобы удовлетворять состоянию ускорения.

На фиг. 9 переходное состояние, заключенное в круглые скобки для аккумуляторной батареи, указывает, что аккумуляторная батарея проектируется, чтобы не подавать мощность к приводному мотору в крейсерском режиме.

Модуль 50 топливных элементов, как описано выше, направляется к конструкции блоков питания, которые устанавливаются на транспортных средствах 12, 13 на топливных элементах. Далее в данном документе описание будет выполнено согласно блок-схемам последовательности операций на фиг. 10 и фиг. 11.

В качестве процедуры для проектирования модуля топливных элементов, как показано на фиг. 10, определяется выходная мощность для крейсерского режима (S210). Значение, определенное в качестве выходной мощности крейсерского режима транспортного средства 12 на топливных элементах, показано как значение Pc2 выходной мощности на фиг. 8. Значение, определенное в качестве максимальной выходной мощности транспортного средства 13 на топливных элементах, показано как значение Pc3 выходной мощности на фиг. 8.

Определяется число модулей 50 топливных элементов (S220). Число модулей 50 топливных элементов, которое должно быть определено, представляется как n. n является натуральным числом. n определяется как значение, которое удовлетворяет следующему выражению.

(n-1)Pc < выходная мощность крейсерского режима ≤ nPc ...(1)

Как показано на фиг. 8, в случае транспортного средства 12 на топливных элементах, n, удовлетворяющее выражению (1), равно 1. Как показано на фиг. 8, в случае транспортного средства 13 на топливных элементах, n, удовлетворяющее выражению (1), равно 2. В этом варианте осуществления число модулей 50 топливных элементов является синонимичным с числом блоков питания.

Как описано выше, проектирование модуля 50 топливных элементов, в частности, заканчивается просто определением числа модулей 50 топливных элементов, которые устанавливаются. Определение выходной мощности крейсерского режима является этапом, который также выполняется в гибридном транспортном средстве или транспортном средстве с двигателем, и не влияет на стоимость разработки и период разработки, как этап, характерный для проектирования транспортного средства на топливных элементах.

В качестве проектирования электрической системы, как показано на фиг. 11, определяется максимальная выходная мощность (S310). Значение, определенное в качестве максимальной выходной мощности транспортного средства 12 на топливных элементах, показано как значение P2 выходной мощности на фиг. 9. Значение, определенное в качестве максимальной выходной мощности транспортного средства 13 на топливных элементах, показано как значение P3 выходной мощности на фиг. 9.

Проектируется аккумуляторная батарея (S320). Проектирование аккумуляторной батареи выполняется тем же образом, что и в случае транспортного средства 11 на топливных элементах. В случае транспортного средства 12 на топливных элементах максимальная выходная мощность аккумуляторной батареи соответствует (P2 - Pmax). В случае транспортного средства 13 на топливных элементах максимальная выходная мощность аккумуляторной батареи соответствует (P3-2Pmax). В случае транспортного средства 13 на топливных элементах, поскольку n=2, т.е., два третьих блока 23 питания устанавливаются, максимальная выходная мощность аккумуляторной батареи, которая включается в один третий блок 23 питания, соответствует (P3-2Pmax)/2.

Этап S320 в этом варианте осуществления, в частности, является процедурой для определения, сколько элементов укладываются. В этом варианте осуществления элементы, которые должны быть использованы, определяются заранее. По этой причине, проектирование аккумуляторной батареи может быть выполнено просто посредством определения числа элементов согласно концепции, описанной выше.

Проектируется приводной мотор (S330). Проектирование приводного мотора выполняется с той же идеей, что и проектирование аккумуляторной батареи на этапе S320. Т.е., проектирование выполняется так, чтобы удовлетворять необходимой максимальной выходной мощности и выходной мощности в крейсерском режиме.

Преобразователь аккумуляторной батареи проектируется (S340), и, наконец, проектируется инвертор мотора (S350).

Фиг. 12 схематично показывает последовательность производства транспортных средств 11, 12, 13 на топливных элементах. Модуль 50 топливных элементов производится на предприятии 400 по производству модулей топливных элементов. Произведенный модуль 50 топливных элементов транспортируется на первое сборочное предприятие 510 и второе сборочное предприятие 520.

Аккумуляторные батареи 120, 120A транспортируются на первое сборочное предприятие 510. Аккумуляторная батарея 120A является аккумуляторной батареей, которая включается в электрическую систему 62. Аккумуляторная батарея 120B транспортируется на второе сборочное предприятие 520. Аккумуляторная батарея 120B является аккумуляторной батареей, которая включается в третий блок 23 питания.

На первом сборочном предприятии 510 выполняется сборка транспортных средств 11, 12 на топливных элементах. Первое сборочное предприятие 510 применяет смешанную линию сборки моделей. Т.е., транспортные средства 11, 12 на топливных элементах непрерывно собираются посредством смешивания на одной производственной линии.

На втором сборочном предприятии 520 выполняется сборка транспортного средства 13 на топливных элементах. Поскольку кузов транспортного средства для транспортного средства 13 на топливных элементах значительно крупнее кузовов транспортных средств для транспортных средств 11, 12 на топливных элементах, транспортное средство 13 на топливных элементах собирается на производственной линии, отдельной от производственной линии для транспортных средств 11, 12 на топливных элементах.

Согласно варианту осуществления, описанному выше, стоимость разработки и период разработки для вновь проектируемого транспортного средства на топливных элементах уменьшаются по сравнению со способом нового проектирования модуля 50 топливных элементов. Одна из причин, что получается результат, который описан выше, лежит в концепции проектирования, что выходная мощность крейсерского режима подается посредством выходной мощности батареи топливных элементов и в переходном состоянии, нехватка выходной мощности посредством батареи топливных элементов пополняется выходной мощностью аккумуляторной батареи.

Дополнительно, также в процессе производства, поскольку модуль 50 топливных элементов является обычной частью, стоимость производства уменьшается.

Это изобретение не ограничивается вариантом осуществления или примером этой спецификации и может быть реализовано в различных конфигурациях в рамках, которые не отступают от сути этого изобретения. Например, технические признаки в вариантах осуществления или примерах, соответствующие техническим признакам в соответствующих аспектах, описанных в сущности изобретения, могут быть соответственно заменены или объединены для того, чтобы решать некоторые или все проблемы, описанные выше, или для того, чтобы достигать некоторых или всех результатов, описанных выше. Если технический признак не описывается как обязательный для этой спецификации, технический признак может быть соответственно удален. Например, следующие отличительные признаки приводятся в пример.

Блоки питания, которые устанавливаются на соответствующие транспортные средства на топливных элементах, могут не иметь одинаковую конструкцию. Например, по меньшей мере, часть из водородного бака, преобразователя топливных элементов и вспомогательного оборудования может быть заменена в конструкции.

Батареи топливных элементов, которые устанавливаются на соответствующие транспортные средства на топливных элементах, могут не быть полностью идентичными по конструкции. Т.е., изменение конструкции может также быть выполнено по несущественно важному содержимому в качестве проекта батареи топливных элементов. Например, позиция токосъемной клеммы 161 может быть изменена в соответствии с автомобилем, на котором токосъемная клемма 161 устанавливается. Обязательное содержимое в качестве конструкции батареи топливных элементов может также рассматриваться как, например, максимальная выходная мощность или выходная мощность в крейсерском режиме, или может также рассматриваться как число элементов 101 и площадь области выработки мощности.

Моторный грузовой автомобиль может не быть типом, который буксирует прицеп. Например, моторный грузовой автомобиль может быть полным прицепом или может быть грузовым автомобилем-самосвалом.

В проекте моторного грузового автомобиля число модулей 50 топливных элементов может быть определено равным одному. Например, может быть упомянут грузовой автомобиль-пикап.

При проектировании автомобиля, отличного от моторного грузового автомобиля, число модулей 50 топливных элементов может быть определено равным двум или более. Например, крупногабаритный автобус или т.п. может быть упомянут.

Способ проектирования, описанный в качестве варианта осуществления, может быть применен к другим машинам, которые снабжаются мотором, в дополнение к автомобилю. Например, модуль топливных элементов, спроектированный для использования в автомобиле, может отклоняться в качестве модуля топливных элементов, который устанавливается на другую электрическую машину. В качестве других машин, например, могут быть упомянуты строительная машина, робот, транспортное оборудование, отличное от автомобиля, или т.п. Робот включает в себя тип, который ходит по земле, тип, который движется по земле с помощью колес, и тип, который летает в небе. В качестве транспортного оборудования, отличного от автомобиля, включены электрический железнодорожный вагон, мотоцикл, вертолет и т.п.

Машина может быть подключаемым автомобилем. Подключаемый автомобиль - это автомобиль, который снабжается устройством связи и может принимать услуги посредством связи с облаком.

Изобретение относится к способу определения требуемой выходной электрической мощности машины, на которой устанавливают: приводной мотор, батарею топливных элементов и аккумуляторную батарею. Батарея топливных элементов выполнена с возможностью генерирования электрического тока для приведения в действие приводного мотора. Аккумуляторная батарея выполнена с возможностью выдачи электрического тока для приведения в действие приводного мотора. При этом определяют максимальную выходную мощность приводного мотора как первое значение выходной мощности и выходную мощность приводного мотора, когда транспортное средство движется в крейсерском режиме, как второе значение выходной мощности. Определяют число батарей топливных элементов, которые должны быть установлены, как n, причем n является натуральным числом, а значение выходной мощности, выводимое батареей топливных элементов, когда транспортное средство движется в крейсерском режиме, является третьим значением выходной мощности. Также определяют максимальную выходную мощность аккумуляторной батареи как значение, полученное вычитанием значения, полученного умножением максимальной выходной мощности батареи топливных элементов на n, из первого значения выходной мощности. При этом значение, полученное умножением третьего значения выходной мощности на n, равно или больше второго значения выходной мощности, а значение, полученное умножением третьего значения выходной мощности на (n-1), меньше второго значения выходной мощности. Достигается оптимизация процесса определения требуемой выходной электрической мощности машины. 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ определения требуемой выходной электрической мощности машины, на которой устанавливают приводной мотор, батарею топливных элементов, выполненную с возможностью генерирования электрического тока для приведения в действие приводного мотора, и аккумуляторную батарею, выполненную с возможностью выдачи электрического тока для приведения в действие приводного мотора, при котором:

определяют максимальную выходную мощность приводного мотора как первое значение выходной мощности и выходную мощность приводного мотора, когда транспортное средство движется в крейсерском режиме, как второе значение выходной мощности;

определяют число батарей топливных элементов, которые должны быть установлены, как n, причем n является натуральным числом, и значение выходной мощности, выводимое батареей топливных элементов, когда транспортное средство движется в крейсерском режиме, является третьим значением выходной мощности; и

определяют максимальную выходную мощность аккумуляторной батареи как значение, полученное вычитанием значения, полученного умножением максимальной выходной мощности батареи топливных элементов на n, из первого значения выходной мощности, при этом:

значение, полученное умножением третьего значения выходной мощности на n, равно или больше второго значения выходной мощности и

значение, полученное умножением третьего значения выходной мощности на (n-1), меньше второго значения выходной мощности.

2. Способ по п. 1, при котором машину конструируют так, что, когда транспортное средство движется в крейсерском режиме, поддерживается состояние заряда аккумуляторной батареи.

3. Способ по п. 1 или 2, при котором дополнительно:

конструируют машину так, чтобы устанавливать преобразователь топливных элементов, электрически соединенный с батареей топливных элементов и выполненный с возможностью управления напряжением выработки мощности батареи топливных элементов, водородный бак, выполненный с возможностью хранения водорода для подачи к батарее топливных элементов, и вспомогательное оборудование для выработки мощности посредством батареи топливных элементов; и

конструируют машину так, чтобы устанавливать с по меньшей мере одним из преобразователя топливных элементов, водородного бака и вспомогательного оборудования n комплектами, когда n равно 2 или более.

4. Способ по п. 1 или 2, при котором машина является автомобилем.

5. Способ по п. 4, при котором в случае, когда n равно 2 или более, автомобиль является моторным грузовым автомобилем.

6. Способ по п. 4, при котором, когда автомобиль является моторным грузовым автомобилем, n равно 2 или более.