DE10029886C1

DE10029886C1 - Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10029886C1
Application number: DE10029886A
Authority: DE
Inventors: Norbert Bendicks; Christian Schnell
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2020-06-17

Abstract

Es wird ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsmaschine und einem Brennstoffzellensystem vorgeschlagen. Zu dem Zweck die Sicherstellung der Betriebsbereitschaft der Antriebsmaschine durch eine situationsabhängige Beeinflussung des Brennstoffzellensystem entsprechend dem Vorliegen einer Vielzahl möglichst genauer bzw. aktueller Daten zu schaffen, ist die Überwachungseinrichtung Bestandteil eines Energiemanagementsystems, welches datentechnisch zumindest mit dem Brennstoffzellensystem, dem Tank und mehreren Verbrauchern in Verbindung steht, dabei erstellt das Energiemanagementsystem ständig wiederholend auf Basis der vorliegenden Daten eine aktuelle Gesamtenergiebilanz, aufgrund der die von der Kraftstoffsituation abhängige, verbleibende Reichweite ermittelt wird, damit ein vorgegebener gewünschter Zielort bzw. ein zur Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit notwendiger Zielort erreichbar ist und dazu über das Energiemanagementsystem in Abhängigkeit der vorliegenden Situation eine Betriebsbeeinflussung des Brennstoffzellensystems bzw. der mit elektrischer Energie zu versorgenden Verbraucher vornehmbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung geht von einem gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches konzipierten Kraftfahrzeug mit einer Antriebsmaschine aus.

Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise zur Erzeugung von elektrischer Energie eine Lichtmaschine auf, die von der den Antrieb realisierenden Brennkraftmaschine angetrieben wird. Der von der Lichtmaschine erzeugte Strom wird in einem Kraftfahrzeugakkumulator gespeichert und über das Bordnetz den zugehörigen elektrischen Verbrauchern zur Verfügung gestellt.

Ein dem Oberbegriff des Hauptanspruches entsprechendes Kraftfahrzeug ist durch die DE 195 23 109 A1 bekanntgeworden. Dieses durch eine Brennkraftmaschine angetriebene Kraftfahrzeug weist zum Betreiben seiner elektrischen Verbraucher ein Brennstoffzellensystem auf, welches die erzeugte Energie in das Bordnetz einspeist. Sowohl während des Betriebs, als auch bei Stillstand der Brennkraftmaschine ist das Brennstoffzellensystem in der Lage, elektrische Energie zu erzeugen und an die Verbraucher des Bordnetzes abzugeben. Zum Speichern von Energie weist das Bordnetz einen Kraftfahrzeugakkumulator auf. Der zum Betrieb des Brennstoffzellensystems benötigte Wasserstoff wird aus dem im Kraftstofftank für die Brennkraftmaschine vorhandenen Kraftstoff abgetrennt. Damit die Betriebsmöglichkeit der Brennkraftmaschine nicht gefährdet wird, ist vorgesehen, bei längerfristigem Stillstand der Brennkraftmaschine und in Betrieb befindlichen Brennstoffzellensystem den Füllstand des Kraftfahrzeugtankes bzw. die Zündfähigkeit des im Tank verbliebenen Kraftstoffes zu überwachen. Ein solches Konzept hat aber wegen der nur in recht grober Form zur Auswertung kommenden Überwachungsdaten zur Folge, daß die Betriebsmöglichkeit für die Brennkraftmaschine zwar generell erhalten bleibt, dies jedoch möglicherweise nur für eine relativ kurze restliche Betriebszeit bzw. kurze verbleibende Reichweite des Kraftfahrzeuges. Andererseits wird ein Abschalten von elektrischen Verbrauchern möglicherweise schon dann vorgenommen, wenn dies bezüglich der vorliegenden Kraftstoffsituation bzw. der dadurch bedingten verbleibenden Reichweite noch nicht notwendig gewesen wäre.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem zu schaffen, beim welchem die Sicherstellung der Betriebsbereitschaft der Antriebsmaschine bzw. eine Beeinflussung des Brennstoffzellensystems situationsabhängig entsprechend dem Vorliegen einer Vielzahl möglichst genauer bzw. aktueller Daten vornehmbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß auch während des Betriebs der Antriebsmaschine eine Beeinflussung des Brennstoffzellensystems bzw. einzelner elektrischer Verbraucher zur Sicherstellung der Betriebsbereitschaft der Antriebsmaschine Zeit- bzw. prioritätsgerecht stattfindet, womit das Erreichen eines vorgegebenen Zieles (Reichweitensicherung zur Ansteuerung des gewünschten Zielortes) bzw. notwendigen Zieles (Reichweitensicherung zur Ansteuerung der nächsten Tankstelle) sichergestellt ist.

Weiterhin ist besonders vorteilhaft, daß das Energiemanagementsystem über datentechnische Verbindungen die Gegebenheiten des Umfeldes, wie z. B. Verkehrsdichte, momentaner Verbrauch, usw., in die Berechnung der verbleibenden Reichweite mit einbezieht und sowohl eine durch den Fahrer hervorgerufene manuelle, als auch eine automatische Beeinflussung des Brennstoffzellensystems bzw. einzelner Verbraucher aufgrund einer erstellten Gesamtenergiebilanz vornehmbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes werden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, dabei zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild

Fig. 2 prinziphaft ein Funktionsbild.

Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, ist die Überwachungseinrichtung Ü Bestandteil eines Energiemangagementsystems EM. Über das Bordnetz des Kraftfahrzeuges steht das Energiemanagementsystem EM datentechnisch mit dem Brennstoffzellensystem B, dem Tank T mehreren Verbrauchern V, mehreren Sensoren S sowie einer Anzeigeeinheit A und einer Eingabeeinheit E in Verbindung. Die Anzeigeeinheit A und die Eingabeeinheit E sind Bestandteil eines in der Mittelkonsole des Kraftfahrzeuges befindlichen übergeordneten Informationssystems (Internetzugang, Telefonfunktionen, Klimasteuerung, Navigationssystem, usw.). Außerdem bestehen über entsprechend ausgeführte Funkstrecken datentechnische Verbindungen des Energiemanagementsystems EM zu einem Navigationssystem NS, einem Verkehrsleitsystem VS und einem mobilen Handgerät, welches eine mobile Anzeigeeinheit MA und eine mobile Eingabeeinheit ME aufweist. Das Handgerät ist ein multifunktionales Gerät, welches Internetzugang, Telefonfunktionen, Zugangsberechtigungsfunktionen (Kraftfahrzeug, Wohnhaus) usw., ermöglicht.

Zur Vernetzung der eingehenden und ausgehenden Daten sowie der eingehenden und ausgehenden Steuerbefehle, weist das Energiemanagementsystem EM einen Bearbeitungsknoten auf, welcher über einen Busknoten mit dem Kraftfahrzeugbordnetz in Verbindung steht. In Abhängigkeit der vorliegenden Daten wird vom Energiemanagementsystem EM ständig wiederholend eine aktuelle Gesamtenergiebilanz erstellt, aufgrund welcher die von der momentanen Kraftstoffsituation abhängige verbleibende Reichweite des Kraftfahrzeuges ermittelt wird. Grundvoraussetzung für das weitere Betreiben brennstoffstellenabhängiger Verbraucher, ist daß ein vorgegebener gewünschter Zielort bzw. ein zur Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit der Antriebsmaschine notwendiger Zielort erreichbar ist bzw. erreichbar bleibt. Ausgehend von der ermittelten Reichweite wird in Abhängigkeit der jeweils vorliegenden Situation über Steuerbefehle die Betriebsbeeinflussung des Brennstoffzellensystems bzw. der mit elektrischer Energie zu versorgenden Verbraucher vorgenommen. Der gewünschte Zielort ist z. B. als der Ort definiert, welcher bereits durch den Fahrer als Zielort in das Navigationssystem eingegeben wurde. Der zur Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit der Antriebsmaschine notwendige Zielort ist z. B. als die verfügbare Tankstelle definiert, welche in Abhängigkeit des momentanen Verbrauchs und der momentanen Verkehrssituation ohne weiteres erreichbar ist.

Zur Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit der Antriebsmaschine können durch entsprechende Steuerbefehle einzelne Verbraucher - wie z. B. die Klimaanlage, die Sitzheizung, das Audiosystem, usw. - ausgeschaltet werden. Es können aber auch alle nichtantriebsmaschinenrelevanten Verbraucher bzw. das Brennstoffzellensystem B insgesamt ausgeschaltet werden. Dies führt zu einer Verringerung bzw. Aussetzung der vom Brennstoffzellensystem B zu erzeugenden elektrischen Energie und damit zu einer Verringerung bzw. Aussetzung des zum Betreiben des Brennstoffzellensystems B notwendigen Energiebedarfs. Diese dann nicht mehr vom Brennstoffzellensystem B benötigte Energie kann zur Erhöhung der Reichweite des Kraftfahrzeuges herangezogen werden.

Das Energiemanagementsystem EM ist sowohl bei fahrendem, als auch bei stillstehendem Kraftfahrzeug funktionstüchtig, was dazu führt, daß der Fahrer situationsabhängig über die Anzeigeeinheit A bzw. die mobile Anzeigeeinheit MA informiert wird, ob das Brennstoffzellensystem B bzw. einzelne Verbraucher zur Reichweitensicherung abzuschalten sind. Über die Eingabeeinheit E bzw. über die mobile Eingabeeinheit ME kann der Fahrer manuell eine Beeinflussung des Brennstoffzellensystemes B bzw. der zu versorgenden Verbraucher V vornehmen. Stellt das Energiemanagementsystem EM den Bedarf zum Abschalten bestimmter Verbraucher V fest, um die Betriebssicherheit der Antriebsmaschine situationsgerecht aufrechtzuerhalten, und gibt der Fahrer innerhalb eines bestimmten Zeitraumes (ca. 5 Minuten) keinen entsprechenden manuellen Befehl, erfolgt eine Beeinflussung des Brennstoffzellensystems B bzw. der zur versorgenden Verbraucher V automatisch. Die Verbraucher V sind zu ihrer automatischen Beeinflussung hierarchisch gegliedert, so daß ein Abschalten der Verbraucher nach einem im Energiemanagementsystem EM abgelegten Abschaltschlüssel erfolgt.

Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, erhält das Energiemanagementsystem EM über das Navigationssystem NS die Information über den aktuellen Standort des Kraftfahrzeuges. Die Standortbestimmung erfolgt - wie bereits erwähnt - bei fahrendem, als auch bei stillstehendem Kraftfahrzeug. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein stillstehendes Kraftfahrzeug gezeigt. Der Fahrer hat sein Kraftfahrzeug verlassen und sich von diesem entfernt. Über Sensoren S ermittelt das Energiemanagementsystem EM einen Temperaturanstieg im Innenraum des Kraftfahrzeuges. Über eine Funkstrecke leitet das Energiemanagementsystem EM eine entsprechende Information an das mobile Handgerät, wodurch der Fahrer durch die mobile Anzeigeeinheit MA über den Temperaturzustand im Innenraum des Kraftfahrzeug in Kenntnis gesetzt wird. Über die mobile Eingabeeinheit ME des Handgerätes gibt der Fahrer einen Steuerbefehl an das Energiemanagementsystem EM, die Klimaanlage einzuschalten, damit der Innenraum auf eine angenehme Temperatur abgekühlt wird. Nach Erstellen der nächsten Gesamtenergiebilanz wird daraufhin der Fahrer vom Energiemanagementsystem EM in Kenntnis gesetzt, daß bei eingeschalteter Klimaanlage das direkte Erreichen des gewünschten Zieles (eingegebener Zielort des Navigationssystemes) nicht mehr möglich ist. Der Fahrer entscheidet sich trotzdem für den Betrieb der Klimaanlage, woraufhin vom Energiemanagementsystem EM das notwendige Ziel (nächste Tankstelle) unter der noch verbleibenden Reichweite ermittelt wird. Da durch das Verkehrsleitsystem VS dem Energiemanagementsystem EM signalisiert wird, daß zum Erreichen der nächstliegenden Tankstelle T1 mit einem längeren Stau zu rechnen ist, eine zweite auf der direkten Route liegenden Tankstelle T2 nicht mehr erreichbar ist, wird das Ansteuern einer nicht auf der direkten Route liegenden dritten Tankstelle T3 vorgeschlagen. Der Fahrer wird über das mobile Handgerät über diese Situation in Kenntnis gesetzt. Wird dieser Vorschlag vom Fahrer akzeptiert, erhält das Energiemanagementsystem EM den Betrieb der Klimaanlage aufrecht. Kommt kein entsprechender Bestätigungshinweis vom Fahrer, wird die Klimaanlage vom Energiemanagementsystem EM nicht eingeschaltet bzw. automatisch wieder ausgeschaltet.

Zur Erstellung einer exakten Gesamtenergiebilanz werden auch Daten mit in die Berechnung einbezogen, welche sich auf Tag-/Nacht-Erkennung, Sonnenstand, Regen, sonstige Wetterdaten, Sicherheitsfunktionen usw. beziehen. So ist es möglich, die Reichweitenberechnung des Kraftfahrzeuges unter Aufrechterhaltung von aus Sicherheitsgründen notwendigen Funktionen vorzunehmen. Das heißt, die entsprechenden Verbraucher - wie Fahrlicht, Blinklicht, Scheibenwischer, Airbagsystem, ABS, usw. - können auf jeden Fall bis zum Erreichen des Zieles weiterbetrieben werden.

Claims

1. Kraftfahrzeug mit einer Antriebsmaschine, dessen Bordnetz zum Betreiben seiner elektrischen Verbraucher zumindest über ein Brennstoffzellensystem mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei das Brennstoffzellensystem bei Bedarf sowohl während des Betriebs, als auch bei Stillstand der Antriebsmaschine elektrische Energie an die Verbraucher des Bordnetzes abgeben kann und wobei der zum Betreiben des Brennstoffzellensystems benötigte Wasserstoff zumindest zum Teil aus dem zum Betreiben der Antriebsmaschine notwendigen, in einem Tank befindlichen Kraftstoff abgetrennt wird, und wobei eine Überwachungseinrichtung vorgesehen ist, welche bei kraftstoffbedingter Betriebsgefährdung der Antriebsmaschine das Brennstoffzellensystem in seinem Betrieb beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (Ü) Bestandteil eines Energiemanagementsystems (EM) ist, welches datentechnisch zumindest mit dem Brennstoffzellensystem (B), dem Tank (T) und mehreren Verbrauchern (V) in Verbindung steht und daß das Energiemanagementsystem (EM) ständig wiederholend auf Basis der vorliegenden Daten eine aktuelle Gesamtenergiebilanz erstellt, aufgrund der die von der Kraftstoffsituation abhängige verbleibende Reichweite ermittelt wird, ob ein vorgegebener gewünschter Zielort bzw. ein zur Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit notwendiger Zielort erreichbar ist und daß über das Energiemanagementsystem (EM) in Abhängigkeit der vorliegenden Situation eine Betriebsbeeinflussung des Brennstoffzellensystems (B) bzw. der mit elektrischer Energie zu versorgenden Verbraucher (V) vornehmbar ist.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Energiemanagementsystem (EM) datentechnisch die im Tank (T) zur Verfügung stehende Kraftstoffmenge übermittelt wird.

3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Energiemanagementsystem (EM) datentechnisch die im Tank (T) zur Verfügung stehende Kraftstoffzusammensetzung übermittelt wird.

4. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Energiemanagementsystem (EM) der vom aktuellen Fahrstil abhängige Verbrauch übermittelt wird.

5. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiemanagementsystem (EM) zur Vernetzung von eingehenden bzw. ausgehenden Daten und eingehender bzw. ausgehender Steuerbefehle einen Bearbeitungsknoten aufweist, welcher über einen Busknoten mit dem Kraftfahrzeugbordnetz in Verbindung steht.

6. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiemanagementsystem (EM) zur situationsabhängigen Information des Fahrers datentechnisch mit zumindest einer Anzeigeeinheit (A/MA) in Verbindung steht.

7. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiemanagementsystem (EM) zur manuell vom Fahrer vorzunehmenden Betriebsbeeinflussung des Brennstoffzellensystems (B) bzw. der mit elektrischer Energie zu versorgenden Verbraucher (V) datentechnisch mit zumindest einer Eingabeeinheit (E/ME) in Verbindung steht.

8. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiemanagementsystem (EM) datentechnisch mit einem mobilen Handgerät in Verbindung steht, welches eine mobile Anzeigeeinheit (MA) und eine mobile Eingabeeinheit (ME) aufweist.

9. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiemanagementsystem (EM) zur automatischen Betriebsbeeinfussung des Brennstoffzellensystems (B) bzw. der mit elektrischer Energie zu versorgenden Verbraucher (V) eine Automatikstufe aufweist.

10. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiemanagementsystem (EM) datentechnisch mit einem Navigationssystem (NS) in Verbindung steht.

11. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiemanagementsystem (EM) datentechnisch mit einem Verkehrsleitsystem (VS) in Verbindung steht.

12. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß über das Energiemanagementsystem (EM) zur Verringerung des durch das Brennstoffzellensystem (B) verursachten Kraftstoffverbrauches zumindest einzelne Verbraucher (V) abschaltbar sind.

13. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß über das Energiemanagementsystem (EM) zur Verringerung des durch das Brennstoffzellensystem (B) verursachten Kraftstoffverbrauches alle, bis auf die für den Betrieb der Antriebsmaschine unbedingt notwendigen Verbraucher (V) abschaltbar sind.

14. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß über das Energiemanagementsystem (EM) das Brennstoffzellensystems (B) abschaltbar ist.

15. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der datentechnischen Verbindungen über eine Funkstrecke aufgebaut ist.

16. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmaschine als Brennkraftmaschine ausgeführt ist.

17. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmaschine als Elektromotor ausgeführt ist.

18. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiemanagementsystem (EM) datentechnisch mit mehreren Sensoren (S) in Verbindung steht.

19. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiemanagementsystem (EM) zur manuellen Betriebsbeeinfussung des Brennstoffzellensystems (B) bzw. der mit elektrischer Energie zu versorgenden Verbraucher (V) eine vom Fahrer zu beeinflussende Eingabestufe aufweist.