CH718497A2 - Steuerungsverfahren einer Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen­Fahrzeugs - Google Patents

Steuerungsverfahren einer Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen­Fahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Steuerungsverfahren einer Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs bereit. Die Einrichtung umfasst ein Bremsenergierückgewinnungsmodul, ein Energiespeicher- und Nutzungsmodul und eine ECU-Steuereinheit. Das Bremsenergierückgewinnungsmodul umfasst ein Planetenräderwerk und eine Druckerhöhungsturbine. Das Energiespeicher- und Nutzungsmodul umfasst eine Gasvorratsflasche, ein Dreiwege-Mischventil und einen Luftkompressor, wobei ein Gaseinlass der Gasvorratsflasche mit dem Ausgangsende der Druckerhöhungsturbine verbunden und ein Gasauslass der Gasvorratsflasche mit einem Eingang des Dreiwege-Mischventils verbunden ist, während der andere Eingang des Dreiwege-Mischventils mit dem Luftkompressor verbunden ist, wobei ein Ausgang des Dreiwege-Mischventils mit einem Kathodengaseinlass der Brennstoffzelle verbunden ist. Die ECU-Steuereinheit regelt die durch die Gasvorratsflasche in das Dreiwege-Mischventil eingegebene Luftmenge in Abhängigkeit von der für die Kathode der Brennstoffzelle benötigten Luftmenge und der durch einen dritten Durchflussmesser erfassten Luftmenge des Ausgangs des Luftkompressors. Mit der vorliegenden Erfindung wird die Beschleunigungsansprechung hinsichtlich der Verzögerung verbessert und die verzögerte Beschleunigungsansprechzeit verringert und dabei werden auch die Betriebseffizienz und die Lebensdauer des Luftkompressors verbessert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Brennstoffzellen-Fahrzeuge, insbesondere ein Steuerungsverfahren einer Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs.
STAND DER TECHNIK
[0002] Aufgrund der begrenzten Erdölressourcen und der zunehmenden Verschärfung der Umweltprobleme haben viele Länder der Welt zunehmenden Wert auf Fahrzeuge mit neuartigem Energieantrieb in den letzten Jahren gelegt. Dabei erregen Brennstoffzellen-Fahrzeuge als äußerst umweltfreundliche Fahrzeuge umfangreiche Aufmerksamkeit. Zurzeit haben Toyota, Honda und Hyundai bereits begonnen, Brennstoffzellen-Fahrzeuge in Europa und Nordamerika zu vermieten oder zu vertreiben, und in China wurden auch Brennstoffzellen-Fahrzeuge mit verlängerter Reichweite von u.a. SAIC Motor auf den Markt gebracht. Fahrzeuge solcher Marken verwenden in der Regel Wasserstoff als Brennstoff.
[0003] Bei bisherigen Brennstoffzellen-Fahrzeugen werden in der Regel folgende Bremsenergierückgewinnungssysteme verwendet: Bei einer ersten Art wird Bremsenergie in elektrische Energie zur Energierückgewinnung umgewandelt; Bei einer zweiten Art ist ein Bremssystem mit einem Luftkompressor der Kathode einer Brennstoffzelle verbunden, um Bremsenergie als Energie zur Druckluftergänzung des Luftkompressors zurückzugewinnen, womit der Energieverbrauch des Luftkompressors verringert wird. Bei den obigen zwei Ausgestaltungen wird jedoch das Betriebsverhalten der Brennstoffzellen-Fahrzeuge nicht verbessert und bei häufigen Laständerungen der Brennstoffzellen-Fahrzeuge sind auch häufige Laständerungen des Luftkompressors in Abhängigkeit von dem Fahrzyklus der Brennstoffzellen-Fahrzeuge notwendig, wodurch sowohl die Betriebseffizienz als auch die Lebensdauer des Luftkompressors beeinträchtigt werden. Nicht zuletzt wird im Beschleunigungsbetriebszustand das Problem der BeschleunigungsAnsprechverzögerung der Brennstoffzellen-Fahrzeuge nicht gemildert.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
[0004] Angesichts der Nachteile im Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungsverfahren einer Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs bereitzustellen, bei dem durch Rückgewinnung der Bremsenergie eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs neben erhöhtem Energieausnutzungsgrad des Brennstoffzellen-Fahrzeugs gleichzeitig das Problem verzögerter Beschleunigungsansprechung gemildert, die Beschleunigungsansprechverzögerung verringert und neben Verbessern der Betriebseffizienz und der Lebensdauer des Luftkompressors gleichzeitig der Energieausnutzungsgrad des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs erhöht wird.
[0005] Gemäß vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch die folgenden technischen Mittel: Eine Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs umfasst ein Bremsenergierückgewinnungsmodul, ein Energiespeicher- und Nutzungsmodul und eine ECU-Steuereinheit, wobei das Bremsenergierückgewinnungsmodul ein Planetenräderwerk und eine Druckerhöhungsturbine umfasst, wobei ein Planetenträger des Planetenräderwerks mit einem Fahrzeugrad verbunden und ein Hohlrad des Planetenräderwerks mit einem Eingangsende der Druckerhöhungsturbine verbunden ist, wobei an dem Hohlrad des Planetenräderwerks eine Bremse angebracht ist, um das Hohlrad des Planetenräderwerks mit einem Befestigungselement zu verbinden, wobei ein Sonnenrad des Planetenräderwerks mit einer ersten elektrischen Maschine verbunden ist und eine Brennstoffzelle zum Versorgen der ersten elektrischen Maschine mit Leistung dient, wobei das Energiespeicher- und Nutzungsmodul eine Gasvorratsflasche, ein Dreiwege-Mischventil und einen Luftkompressor umfasst, wobei ein Gaseinlass der Gasvorratsflasche mit dem Ausgangsende der Druckerhöhungsturbine verbunden und ein Gasauslass der Gasvorratsflasche mit einem Eingang des Dreiwege-Mischventils verbunden ist, während der andere Eingang des Dreiwege-Mischventils mit dem Luftkompressor verbunden ist, wobei ein Ausgang des Dreiwege-Mischventils mit einem Kathodengaseinlass der Brennstoffzelle verbunden ist, wobei zwischen dem Gasauslass der Gasvorratsflasche und dem Dreiwege-Mischventil ein erster Durchflussmesser, an dem Ausgang des Dreiwege-Mischventils ein zweiter Durchflussmesser und an einem Ausgang des Luftkompressors ein dritter Durchflussmesser angebracht ist, wobei die ECU-Steuereinheit in Abhängigkeit von der für die Kathode der Brennstoffzelle benötigten Luftmenge und der durch den dritten Durchflussmesser erfassten Luftmenge des Ausgangs des Luftkompressors die durch die Gasvorratsflasche in das Dreiwege-Mischventil eingegebene Luftmenge regelt.
[0006] Ferner ist vorgesehen, dass an der Gasvorratsflasche ein erster Drucksensor zum Erfassen des Drucks der Gasvorratsflasche angebracht ist, wobei an dem Ausgang des Dreiwege-Mischventils ein zweiter Drucksensor und zwischen dem Gasauslass der Gasvorratsflasche und dem Dreiwege-Mischventil ein dritter Drucksensor angebracht ist, wobei zwischen dem Gaseinlass der Gasvorratsflasche und dem Ausgangsende der Druckerhöhungsturbine das erste Regelventil angebracht und zwischen dem Ausgang des Dreiwege-Mischventils und dem Kathoden-Gaseinlass der Brennstoffzelle das zweite Regelventil angebracht ist.
[0007] Ferner ist vorgesehen, dass zwischen dem Gasauslass der Gasvorratsflasche und einem Eingang des Dreiwege-Mischventils ein Rückschlagventil vorgesehen ist.
[0008] Ein Steuerungsverfahren einer Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs umfasst Folgendes: Steuern der Bremse beim Bremsen des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs derart durch die ECU-Steuereinheit, dass das Hohlrad des Planetenräderwerks von dem Befestigungselement getrennt ist, wobei Bremsenergie über das Planetenräderwerk auf die Druckerhöhungsturbine übertragen wird und die Druckerhöhungsturbine Druckluft in die Gasvorratsflasche eingibt, Eingeben der Luft innerhalb der Gasvorratsflasche und der durch den Luftkompressor erzeugten Luft gemeinsam durch die ECU-Steuereinheit in die Kathode der Brennstoffzelle beim Beschleunigen des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs.
[0009] Ferner ist vorgesehen, dass beim Bremsen des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs das Steuern konkret wie folgt erfolgt: Steuern eines ersten Regelventils durch die ECU-Steuereinheit derart, dass der Gaseinlass der Gasvorratsflasche mit dem Ausgangsende der Druckerhöhungsturbine verbunden ist, wenn die ECU-Steuereinheit erfasst, dass sich das Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeug in einem Bremsvorgang befindet, wobei während des Bremsvorgangs das Sonnenrad des Planetenräderwerks befestigt ist und Bremsenergie aus dem Planetenträger des Planetenräderwerks eingegeben und über das Hohlrad des Planetenräderwerks auf das Eingangsende der Druckerhöhungsturbine übertragen wird, wobei die Druckerhöhungsturbine Druckluft der Gasvorratsflasche zuführt.
[0010] Ferner ist vorgesehen, dass beim Beschleunigen des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs das Steuern konkret wie folgt erfolgt: Steuern eines zweiten Regelventils durch die ECU-Steuereinheit derart, dass der Ausgang des Dreiwege-Mischventils mit dem Kathodengaseinlass der Brennstoffzelle verbunden ist, wenn die ECU-Steuereinheit anhand eines Gaspedalsignals erfasst, dass sich das Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeug in einem Beschleunigungsvorgang befindet, wobei die ECU-Steuereinheit anhand des Beschleunigungsbetriebszustands des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs einen Kathoden-Luftdurchfluss Q1der Brennstoffzelle erhält und die ECU-Steuereinheit anhand des dritten Durchflussmessers einen durch den Luftkompressor bereitgestellten Luftdurchfluss Q2erfasst, wobei unter Steuerung von der ECU-Steuereinheit der erste Durchflussmesser einen Durchfluss Qvausgibt, wobei Qv= Q1-Q2, Steuern des Luftkompressors derart durch die ECU-Steuereinheit, dass der Luftdurchfluss Q2erhöht wird, wenn die Gasspeichermenge Q der Gasvorratsflasche unzureichend ist.
[0011] Ferner ist vorgesehen, dass die ECU-Steuereinheit anhand der Druckdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Gasvorratsflasche die durch die Gasvorratsflasche freigegebene Luftmenge Qv' feststellt, wobei die freigegebene Luftmenge Qv' = ausgegebener Durchfluss Qvdes ersten Durchflussmessers.
[0012] Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch die folgenden vorteilhaften Auswirkungen aus: 1. Bei der Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs und dem Steuerungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung wird Bremsenergie eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs zurückgewonnen, über die Druckerhöhungsturbine in innere Energie der Luft umgewandelt und in die Gasvorratsflasche gespeichert. In Abhängigkeit von den Anforderungen des Betriebszustands des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs wird gespeicherte Hochdruckluft der Brennstoffzelle zugeführt und somit wird der Energieausnutzungsgrad des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs erhöht. 2. Bei der Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs und dem Steuerungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung wird beim Beschleunigen des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs Druckluft aus der Gasvorratsflasche freigegeben, im Beschleunigungs-Betriebszustand die Druckluftzufuhr ergänzt, das Problem der Beschleunigungsansprechverzögerung des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs infolge unzureichender momentaner Luftzufuhr des Luftkompressors gemildert, die Beschleunigungsansprechzeit des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs verringert und die Antriebsleistung des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs erhöht. 3. Bei der Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs und dem Steuerungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung sind keine häufigen Laständerungen des Luftkompressors notwendig, da während der Fahrt des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs Druckluft aus der Gasvorratsflasche freigegeben und der Brennstoffzelle zugeführt wird. Somit kann der Betrieb des Luftkompressors in einem Bereich hoher Effizienz beibehalten werden und die Betriebseffizienz und die Lebensdauer des Luftkompressors werden erhöht. 4. Bei der Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs und dem Steuerungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung wird die Rückgewinnung der Bremsenergie des Brennstoffzellen-Fahrzeugs verwirklicht und Bremsenergie in innere Energie der Luft zur Speicherung und Nutzung umgewandelt, womit der Energieausnutzungsgrad des Brennstoffzellen-Fahrzeugs erheblich erhöht wird und die Betriebseffizienz und die Lebensdauer des Luftkompressors verbessert werden. Gleichzeitig wird Beschleunigungsansprechung des Brennstoffzellen-Fahrzeugs hinsichtlich der Verzögerung verbessert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
[0013] Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs nach der vorliegenden Erfindung, Figur 2 eine schematische Darstellung eines Planetenrads nach der vorliegenden Erfindung.
[0014] Darin stehen 1 für Luftkompressor, 2 für Druckerhöhungsturbine, 3 für ersten Drucksensor, 4 für zweiten Drucksensor, 5 für Dreiwege-Mischventil, 6 für erstes Regelventil, 7 für zweites Regelventil, 8 für ersten Durchflussmesser, 9 für zweiten Durchflussmesser, 10 für Gasvorratsflasche, 11 für Druckentlastungsventil, 12 für Bremse, 13 für Planetenrad, 14 für Fahrzeugrad, 15 für erste elektrische Maschine, 16 für elektrische Maschinensteuerung, 17 für Brennstoffzelle, 18 für ECU-Steuereinheit, 19 für dritten Durchflussmesser, 20 für zweite elektrische Maschine, 21 für dritten Drucksensor und 22 für Rückschlagventil.
KONKRETE AUSFÜHRUNGSFORMEN
[0015] Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen anhand konkreter Ausführungsbeispiele näher beschrieben, worauf der Schutzumfang der Erfindung keineswegs eingeschränkt wird.
[0016] Nachfolgend wird auf Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher eingegangen, deren Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Dabei stehen gleiche oder ähnliche Bezugszeichen stets für gleiche oder ähnliche Elemente oder Elemente mit gleichen oder ähnlichen Funktionen. Die nachstehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand beiliegender Zeichnungen ist beispielhaft und dient lediglich zur Erläuterung der Erfindung, wobei hierbei keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung vorliegt.
[0017] Es versteht sich in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung, dass die Begriffe „mittig“, „Längsrichtung“, „Querrichtung“, „Länge“, „Breite“, „Dicke“, „oben“, „unten“, „axial“, „radial“, „vertikal“, „horizontal“, „innen“, „außen“ usw. jeweils in Bezug auf die Darstellung in der jeweiligen Abbildung verwendet werden, um lediglich die Erfindung zu schildern und ggf. die Schilderung zu vereinfachen. Mit anderen Worten wird mit diesen Begriffen weder im- noch explizit auf die Positionierung sowie die Ausgestaltung und Bedienung der betreffenden Vorrichtung oder des betreffenden Elements in einer vorbestimmten Positionierung hingedeutet, so dass auch hier keine Einschränkung der Erfindung vorliegt. Des Weiteren ist darauf hinzuweisen, dass die Begriffe „erste“ und „zweite“ nicht als im- oder expliziter Hinweis auf die relative Wichtigkeit oder auf die Anzahl des betroffenen Merkmals verstanden werden sollen. Stattdessen dienen diese lediglich der Beschreibung. Somit kann ein mit „erst“ oder „zweit“ genauer bestimmtes Merkmal explizit oder implizit darauf hinweisen, dass die Anzahl des enthaltenen Merkmals bei eins oder mehr liegt. In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Begriff „mehrere“ auf eine Anzahl von zwei oder mehr, sofern nicht anders angegeben.
[0018] Bei der vorliegenden Erfindung sollen die Begriffe „anbringen“, „miteinander verbunden“, „verbinden“, „befestigen“ o. dgl., soweit nicht ausdrücklich anders angegeben, im weiteren Sinne verstanden werden. So kann es sich dabei z.B. sowohl um eine feste, eine lösbare oder eine einteilige Verbindung als auch um eine mechanische und auch eine elektrische Verbindung handeln. Zudem sind auch direkte Verbindungen, indirekte bzw. über ein Zwischenstück hergestellte Verbindungen wie auch innere Verbindungen zweier Elemente denkbar. Als durchschnittliche Fachleute auf diesem Gebiet kann man von der Sachlage ausgehen, um zu ermitteln, welche Bedeutung die genannten Begriffe gemäß der vorliegenden Erfindung haben sollen.
[0019] Wie in Figur 1 und Figur 2 gezeigt, umfasst die erfindungsgemäße Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs ein Bremsenergierückgewinnungsmodul, ein Energiespeicher- und Nutzungsmodul und eine ECU-Steuereinheit 18.
[0020] Das Bremsenergierückgewinnungsmodul umfasst ein Planetenräderwerk 13 und eine Druckerhöhungsturbine 2. Ein Planetenträger des Planetenräderwerks 13 ist mit einem Fahrzeugrad 14 verbunden und ein Hohlrad des Planetenräderwerks 13 ist mit einem Eingangsende der Druckerhöhungsturbine 2 verbunden. An dem Hohlrad des Planetenräderwerks 13 ist eine Bremse 12 angebracht, um das Hohlrad des Planetenräderwerks 13 mit einem Befestigungselement zu verbinden. Ein Sonnenrad des Planetenräderwerks 13 ist mit einer ersten elektrischen Maschine 15 verbunden und eine Brennstoffzelle 17 versorgt über eine elektrische Maschinensteuerung 16 die erste elektrische Maschine 15 mit Leistung.
[0021] Die Bewegungscharakteristikgleichung des Planetenräderwerks 13 lautet wie folgt: N1+aN2=(1+a)N3
[0022] Dabei stehen N1für Drehzahl des Sonnenrads, N2für Drehzahl des Hohlrads, N3für Drehzahl des Planetenträgers und a für Zahnzahlverhältnis des Hohlrads und des Sonnenrads. Wenn N1bei 0 liegt, dient das Planetenräderwerk 13 als Übersetzungsgetriebe; Wenn N2bei 0 liegt, dient das Planetenräderwerk 13 als Untersetzungsgetriebe.
[0023] Das Energiespeicher- und Nutzungsmodul umfasst eine Gasvorratsflasche 10, ein Dreiwege-Mischventil 5 und einen Luftkompressor 1. Eine erste elektrische Maschine 20 versorgt den Luftkompressor 1 mit Leistung. Ein Gaseinlass der Gasvorratsflasche 10 ist mit dem Ausgangsende der Druckerhöhungsturbine 2 verbunden und ein Gasauslass der Gasvorratsflasche 10 ist mit einem Eingang des Dreiwege-Mischventils 5 verbunden, während der andere Eingang des Dreiwege-Mischventils 5 mit dem Luftkompressor 1 verbunden ist. Ein Ausgang des Dreiwege-Mischventils 5 ist mit einem Kathodengaseinlass der Brennstoffzelle 17 verbunden. Zwischen dem Gasauslass der Gasvorratsflasche 10 und dem Dreiwege-Mischventil 5 ist ein erster Durchflussmesser 8 angebracht und an dem Ausgang des Dreiwege-Mischventils 5 ist ein zweiter Durchflussmesser 9 angebracht. An einem Ausgang des Luftkompressors 1 ist ein dritter Durchflussmesser 19 angebracht. Die ECU-Steuereinheit 18 regelt die durch die Gasvorratsflasche 10 in das Dreiwege-Mischventil 5 eingegebene Luftmenge in Abhängigkeit von der für die Kathode der Brennstoffzelle 17 benötigten Luftmenge und der durch den dritten Durchflussmesser 19 erfassten Luftmenge des Ausgangs des Luftkompressors 1. An der Gasvorratsflasche 10 ist ein Druckentlastungsventil 11 angebracht.
[0024] An der Gasvorratsflasche 10 ist ein erster Drucksensor 3 zum Erfassen des Drucks der Gasvorratsflasche 10 angebracht. An dem Ausgang des Dreiwege-Mischventils 5 ist ein zweiter Drucksensor 4 und zwischen dem Gasauslass der Gasvorratsflasche 10 und dem Dreiwege-Mischventil 5 ist ein dritter Drucksensor 21 angebracht. Zwischen dem Gaseinlass der Gasvorratsflasche 10 und dem Ausgangsende der Druckerhöhungsturbine 2 ist ein erstes Regelventil 6 angebracht und zwischen dem Ausgang des Dreiwege-Mischventils 5 und dem Kathoden-Gaseinlass der Brennstoffzelle 17 ist ein zweites Regelventil 7 angebracht. Zwischen dem Gasauslass der Gasvorratsflasche 10 und einem Eingang des Dreiwege-Mischventils 5 ist ein Rückschlagventil 22 vorgesehen.
[0025] Ein Steuerungsverfahren einer Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs umfasst Folgendes: Zustand 1: Beim Bremsen des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs hört die erste elektrische Maschine 15 auf, das Planetenräderwerk 13 mit Leistung zu versorgen, und das Sonnenrad des Planetenräderwerks 13 wird befestigt, wobei Bremsenergie durch das Fahrzeugrad 14 über den Planetenträger des Planetenräderwerks 13 eingegeben und über das Hohlrad des Planetenräderwerks 13 auf die Druckerhöhungsturbine 2 übertragen wird, welche Druckerhöhungsturbine 2 Luft verdichtet und über das erste Regelventil 6 der Gasvorratsflasche 10 zuführt. Zustand 2: Beim Beschleunigen des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs steuert die ECU-Steuereinheit 18 das zweite Regelventil 7 derart, dass der Ausgang des Dreiwege-Mischventils 5 mit dem Kathodengaseinlass der Brennstoffzelle 17 verbunden ist, wenn die ECU-Steuereinheit 18 anhand eines Gaspedalsignals erfasst, dass sich das Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeug in einem Beschleunigungsvorgang befindet, wobei die ECU-Steuereinheit 18 anhand des Beschleunigungsbetriebszustands des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs einen Kathoden-Luftdurchfluss Q1der Brennstoffzelle 17 erhält und die ECU-Steuereinheit 18 anhand des dritten Durchflussmessers 19 einen durch den Luftkompressor 1 bereitgestellten Luftdurchfluss Q2erfasst, wobei unter Steuerung von der ECU-Steuereinheit 18 der erste Durchflussmesser 8 einen Durchfluss Qvausgibt. Wenn die Gasspeichermenge Q der Gasvorratsflasche 10 ausreichend ist, gibt die Gasvorratsflasche 10 Druckluft gemäß Qvfrei. Die Berechnungsformel lautet wie folgt: Qv= Q1- Q2;
[0026] Dabei stehen Qvfür nachzufüllende Luftmenge für die Brennstoffzelle 17, Qv' für durch die Gasvorratsflasche 10 abgeführte Luftmenge, Cdfür Luftdurchflusskoeffizient, Aufür Äquivalenzdurchströmfläche des Gasauslasses der Gasvorratsflasche, P1nfür Druck der Gasvorratsflasche, Pout für Gasdruck des Gasauslasses der Gasvorratsflasche und ρ für Luftdichte. Während dieses Vorgangs kann die Drehzahl der Druckerhöhungsturbine 1 unverändert beibehalten werden. Bei unzureichender Gasspeichermenge Q der Gasvorratsflasche 10 wird die Drehzahl des Luftkompressors 1 erhöht, um die der Brennstoffzelle 17 zugeführte Luftmenge zu erhöhen, und gleichzeitig gibt die Gasvorratsflasche 10 Druckluft frei. Die Berechnungsformel wurde oben angegeben. Dabei nimmt die Drehzahl des Luftkompressors 1 zu.
[0027] Zustand 3: Beim Fahren des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs mit konstanter Geschwindigkeit wird Luft durch den Luftkompressor 1 verdichtet und über das Dreiwege-Mischventil 5 der Kathode der Brennstoffzelle 17 zugeführt, um mit Sauerstoff zu reagieren und über die elektrische Maschinensteuerung 16 die erste elektrische Maschine 15 mit Strom zu versorgen. Bei diesem Vorgang ist das Hohlrad des Planetenräderwerks 13 durch die Bremse 12 verriegelt und Leistung der ersten elektrischen Maschine 15 wird durch das Sonnenrad eingegeben und über den Planetenradträger dem Fahrzeugrad 14 zugeführt. Wenn beim Fahren des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs mit konstanter Geschwindigkeit die für die Brennstoffzelle 17 benötigte Luftmenge die durch den Luftkompressor 1 bereitgestellte Luftmenge überschreitet, kann Druckluft durch die Gasvorratsflasche 10 freigegeben werden, um die unzureichende Luftzufuhr des Luftkompressors 1 zu ergänzen, womit der Ausnutzungsgrad der Bremsenergie erhöht wird. Gleichzeitig ist keine häufige Laständerung des Luftkompressors 1 notwendig und der Betrieb des Luftkompressors 1 kann in einem Bereich hoher Effizienz beibehalten werden, was zu erhöhter Betriebseffizienz des Luftkompressors 1 beiträgt.
[0028] Es versteht sich, dass die Beschreibung anhand einzelner Ausführungsbeispiele erläutert wird und jedes Ausführungsbeispiel nicht unbedingt nur eine unabhängige technische Lösung enthält. Eine derartige Erläuterung der Beschreibung dient lediglich der Übersichtlichkeit. Fachleute auf diesem Gebiet sollen die Beschreibung als ein Ganzes betrachten und technische Lösungen der einzelnen Ausführungsbeispiele lassen sich auch auf geeignete Weise miteinander kombinieren, um andere, für Fachleute auf diesem Gebiet verständliche Ausführungsformen zu erzeugen.
[0029] Die oben aufgeführte ausführliche Erläuterung dient lediglich zur konkreten Beschreibung umsetzbarer Ausführungsbeispiele der Erfindung, ohne den Schutzumfang der Erfindung einzuschränken. Jegliche gleichwertige Ausführungsbeispiele oder Abänderungen, die ohne Verlassen von der technischen Grundidee der Erfindung geschaffen werden, sollen von dem Schutzumfang der Erfindung umfasst sein.

Claims (6)

1. Steuerungsverfahren einer Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs ein Bremsenergierückgewinnungsmodul, ein Energiespeicher- und Nutzungsmodul und eine ECU-Steuereinheit (18) umfasst, wobei das Bremsenergierückgewinnungsmodul ein Planetenräderwerk (13) und eine Druckerhöhungsturbine (2) umfasst, wobei ein Planetenträger des Planetenräderwerks (13) mit einem Fahrzeugrad (14) verbunden und ein Hohlrad des Planetenräderwerks (13) mit einem Eingangsende der Druckerhöhungsturbine (2) verbunden ist, wobei an dem Hohlrad des Planetenräderwerks (13) eine Bremse (12) angebracht ist, um das Hohlrad des Planetenräderwerks (13) mit einem Befestigungselement zu verbinden, wobei ein Sonnenrad des Planetenräderwerks (13) mit einer ersten elektrischen Maschine (15) verbunden ist und eine Brennstoffzelle (17) zum Versorgen der ersten elektrischen Maschine (15) mit Leistung dient, wobei das Energiespeicher- und Nutzungsmodul eine Gasvorratsflasche (10), ein Dreiwege-Mischventil (5) und einen Luftkompressor (1) umfasst, wobei ein Gaseinlass der Gasvorratsflasche (10) mit dem Ausgangsende der Druckerhöhungsturbine (2) verbunden und ein Gasauslass der Gasvorratsflasche (10) mit einem Eingang des Dreiwege-Mischventils (5) verbunden ist, während der andere Eingang des Dreiwege-Mischventils (5) mit dem Luftkompressor (1) verbunden ist, wobei ein Ausgang des Dreiwege-Mischventils (5) mit einem Kathodengaseinlass der Brennstoffzelle (17) verbunden ist, wobei zwischen dem Gasauslass der Gasvorratsflasche (10) und dem Dreiwege-Mischventil (5) ein erster Durchflussmesser (8), an dem Ausgang des Dreiwege-Mischventils (5) ein zweiter Durchflussmesser (9) und an einem Ausgang des Luftkompressors (1) ein dritter Durchflussmesser (19) angebracht ist, wobei die ECU-Steuereinheit (18) in Abhängigkeit von der für die Kathode der Brennstoffzelle (17) benötigten Luftmenge und der durch den dritten Durchflussmesser (19) erfassten Luftmenge des Ausgangs des Luftkompressors (1) die durch die Gasvorratsflasche (10) in das Dreiwege-Mischventil (5) eingegebene Luftmenge regelt, wobei das Steuerungsverfahren Folgendes umfasst: Steuern der Bremse (12) beim Bremsen des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs derart durch die ECU-Steuereinheit (18), dass das Hohlrad des Planetenräderwerks (13) von dem Befestigungselement getrennt ist, wobei Bremsenergie über das Planetenräderwerk (13) auf die Druckerhöhungsturbine (2) übertragen wird und die Druckerhöhungsturbine (2) Druckluft in die Gasvorratsflasche (10) eingibt, Eingeben der Luft innerhalb der Gasvorratsflasche (10) und der durch den Luftkompressor (1) erzeugten Luft gemeinsam durch die ECU-Steuereinheit (18) in die Kathode der Brennstoffzelle (17) beim Beschleunigen des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs.
2. Steuerungsverfahren einer Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bremsen des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs das Steuern konkret wie folgt erfolgt: Steuern eines ersten Regelventils (6) durch die ECU-Steuereinheit (18) derart, dass der Gaseinlass der Gasvorratsflasche (10) mit dem Ausgangsende der Druckerhöhungsturbine (2) verbunden ist, wenn die ECU-Steuereinheit (18) erfasst, dass sich das Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeug in einem Bremsvorgang befindet, wobei während des Bremsvorgangs das Sonnenrad des Planetenräderwerks (13) befestigt ist und Bremsenergie aus dem Planetenträger des Planetenräderwerks (13) eingegeben und über das Hohlrad des Planetenräderwerks (13) auf das Eingangsende der Druckerhöhungsturbine (2) übertragen wird, wobei die Druckerhöhungsturbine (2) Druckluft der Gasvorratsflasche (10) zuführt.
3. Steuerungsverfahren einer Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Beschleunigen des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs das Steuern konkret wie folgt erfolgt: Steuern eines zweiten Regelventils (7) durch die ECU-Steuereinheit (18) derart, dass der Ausgang des Dreiwege-Mischventils (5) mit dem Kathodengaseinlass der Brennstoffzelle (17) verbunden ist, wenn die ECU-Steuereinheit (18) anhand eines Gaspedalsignals erfasst, dass sich das Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeug in einem Beschleunigungsvorgang befindet, wobei die ECU-Steuereinheit (18) anhand des Beschleunigungsbetriebszustands des Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs einen Kathoden-Luftdurchfluss Q1der Brennstoffzelle (17) erhält und die ECU-Steuereinheit (18) anhand des dritten Durchflussmessers (19) einen durch den Luftkompressor (1) bereitgestellten Luftdurchfluss Q2erfasst, wobei unter Steuerung von der ECU-Steuereinheit (18) der erste Durchflussmesser (8) einen Durchfluss Qvausgibt, wobei Qv= Q1- Q2, Steuern des Luftkompressors (1) derart durch die ECU-Steuereinheit (18), dass der Luftdurchfluss Q2erhöht wird, wenn die Gasspeichermenge Q der Gasvorratsflasche (10) unzureichend ist.
4. Steuerungsverfahren einer Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ECU-Steuereinheit (18) anhand der Druckdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Gasvorratsflasche (10) die durch die Gasvorratsflasche (10) freigegebene Luftmenge Qv' feststellt, wobei die freigegebene Luftmenge Qv' = ausgegebener Durchfluss Qvdes ersten Durchflussmessers (8).
5. Steuerungsverfahren einer Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Gasvorratsflasche (10) ein erster Drucksensor (3) zum Erfassen des Drucks der Gasvorratsflasche (10) angebracht ist, wobei an dem Ausgang des Dreiwege-Mischventils (5) ein zweiter Drucksensor (4) und zwischen dem Gasauslass der Gasvorratsflasche (10) und dem Dreiwege-Mischventil (5) ein dritter Drucksensor (21) angebracht ist, wobei zwischen dem Gaseinlass der Gasvorratsflasche (10) und dem Ausgangsende der Druckerhöhungsturbine (2) das erste Regelventil (6) angebracht und zwischen dem Ausgang des Dreiwege-Mischventils (5) und dem Kathoden-Gaseinlass der Brennstoffzelle (17) das zweite Regelventil (7) angebracht ist.
6. Steuerungsverfahren einer Bremsenergierückgewinnungseinrichtung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gasauslass der Gasvorratsflasche (10) und einem Eingang des Dreiwege-Mischventils (5) ein Rückschlagventil (22) vorgesehen ist.
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