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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines in einem Fahrzeug angeordneten Brennstoffzellensystems. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem.
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Ein Brennstoffzellensystem, das in üblicher Weise aus einem Anodengas und einem Kathodengas elektrischen Strom generiert, kann im Betrieb vergleichsweise hohe Temperaturen erreichen, insbesondere dann, wenn es sich bei der darin verwendeten Brennstoffzelle um eine SOFC-Brennstoffzelle handelt. Zum Abschalten des Brennstoffzellensystems ist es üblicherweise erforderlich, eine vorbestimmte Abschaltprozedur oder Abschaltroutine durchzuführen, um das Brennstoffzellensystem möglichst schonend für seine Komponenten auszuschalten. Ferner muss dafür Sorge getragen werden, dass keine kritischen Gasgemischkonzentrationen entstehen und dass keine unzulässig hohen Schadstoffemissionen stattfinden. Insbesondere wird durch eine gezielte Abschaltprozedur versucht, eine Russbildung innerhalb des Brennstoffzellensystems zu vermeiden. Dies führt zu reduzierten Schadstoffemissionen, zu einem reduzierten Kraftstoffverbrauch, zu einer erhöhten Lebensdauer für das Brennstoffzellensystem und zu einem erhöhten Wirkungsgrad für das Brennstoffzellensystem. Ferner ist es in bestimmen Umgebungen des Fahrzeugs nicht erlaubt, eine Brennstoffzelle zu betreiben, zum Beispiel in abgeschlossenen Räumen, wie zum Beispiel Garagen und Parkhäusern oder an einer Tankstelle.
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Darüber hinaus kann es auch zum Einschalten eines solchen Brennstoffzellensystems erforderlich sein, eine vorbestimmte Einschaltprozedur oder Einschaltroutine durchzuführen, um das Brennstoffzellensystem möglichst schonend für seine Komponenten einzuschalten bzw. hochzufahren. Beispielsweise muss auch beim Hochfahren dafür Sorge getragen werden, dass keine kritischen Gasgemischkonzentrationen entstehen und dass keine unzulässig hohen Schadstoffemissionen stattfinden.
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Eine Abschaltprozeduren für ein Brennstoffzellensystem ist allgemein bekannt aus der
DE 695 11 675 T2 .
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Abschaltprozeduren für Brennstoffzellensysteme, bei denen eine Kopplung mit einem Navigationssystem vorgesehen ist, sind bekannt aus der
DE 10 2006 034 547 A1 , der
US 2003/0211021 A1 , der
US 2004/0048118 A1 und der
EP 1 270 303 A2 .
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, das sich in einem Kraftfahrzeug befindet, eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch charakterisiert, dass ein ordnungsgemäßes Abschalten bzw. Einschalten des Brennstoffzellensystems begünstigt ist
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, dem Brennstoffzellensystem bzw. einem Steuergerät des Brennstoffzellensystems die voraussichtliche Fahrtzeitdauer und/oder den voraussichtlichen Fahrtendzeitpunkt einer Fahrt des Fahrzeugs mitzuteilen. Die Steuerung kann dann das Brennstoffzellensystem gezielt so betreiben, dass gemäß einer ersten Lösung eine Abschaltprozedur zeitlich so durchgeführt wird, dass diese bei Erreichen des erwarteten Fahrtendes zeitnah vorher oder nachher oder gleichzeitig beendet ist. Bei Erreichen des Fahrtendes ist das Brennstoffzellensystem bei der vorgeschlagenen Vorgehensweise somit im Wesentlichen abgeschaltet. Hierdurch ergibt sich ein ressourcenschonender Betrieb für das Brennstoffzellensystem. Ferner können auch zeitlich länger dauernde Abschaltprozeduren realisiert werden, die eine besonders schonende Ausschaltung der einzelnen Komponenten des Brennstoffzellensystems ermöglichen. Beispielsweise kann das Brennstoffzellensystem schrittweise von einem Volllastbetrieb über mehrere, abgestufte Teillastbetriebe in einen unbelasteten Betrieb überführt werden, um es dann auszuschalten. Hierdurch steht der Abschaltprozedur insbesondere ausreichend Zeit zur Verfügung, um eine Russbildung innerhalb des Brennstoffzellensystems bzw. Schadstoffemissionen oder Brandgefahren beim Abstellen des Fahrzeugs zu vermeiden.
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Entsprechend einer zweiten Lösung kann die Steuerung das Brennstoffzellensystem gezielt so betreiben, dass eine Einschaltprozedur zeitlich so durchgeführt wird, dass diese bei Erreichen des erwarteten Fahrtendes zeitnah vorher oder nachher oder gleichzeitig beendet ist. Bei Erreichen des Fahrtendes ist das Brennstoffzellensystem bei der vorgeschlagenen Vorgehensweise somit im Wesentlichen eingeschaltet bzw. hochgefahren. Auch hierdurch ergibt sich ein Ressourcen schonender Betrieb für das Brennstoffzellensystem. Auch können zeitlich länger dauernde Einschaltprozeduren realisiert werden, die eine besonders schonende Einschaltung der einzelnen Komponenten des Brennstoffzellensystems ermöglichen. Zum Beispiel ist es auch hier möglich, das Brennstoffzellensystem schrittweise von einem unbelasteten Betrieb über mehrere, abgestufte Teillastbetriebe in einen Volllastbetrieb zu überführen.
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Ferner ist es bei beiden alternativen Lösungen möglich, die Einschaltprozedur bzw. die Abschaltprozedur so auszulegen, dass das Brennstoffzellensystem bei Erreichen des erwarteten Fahrtendes einen Erhaltungsbetrieb einnimmt. Ein derartiger Erhaltungsbetrieb charakterisiert sich dadurch, dass das Brennstoffzellensystem gerade so viel elektrischen Strom generieren kann, dass zwar alle systemeigenen elektrischen Verbraucher ausreichend mit Strom versorgt werden können, dass jedoch eine Stromabgabe an externe Stromverbraucher nicht oder nur stark eingeschränkt möglich ist. Aus diesem Erhaltungsbetrieb heraus kann das Brennstoffzellensystem leicht und rasch einerseits in einen Volllastbetrieb hochgefahren und andererseits zum Ausschalten heruntergefahren werden. Die Hinführung des Brennstoffzellensystems zum Erhaltungsbetrieb am Fahrtende ermöglicht es einer entsprechenden Steuerung insbesondere, beim Ausschalten der Brennkraftmaschine eine Abfrage zustarten, die dem Fahrzeugführer die Entscheidung ermöglicht, das Brennstoffzellensystem im Folgenden herunterzufahren oder hochzufahren oder weiter im Erhaltungsbetrieb zu betreiben.
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Die voraussichtliche Fahrtzeitdauer bzw. der voraussichtliche Fahrtendzeitpunkt kann dem jeweiligen Steuergerät beispielsweise durch den Fahrzeugführer manuell eingegeben werden. Hierzu kann das Brennstoffzellensystem mit einer entsprechenden Bedieneinrichtung ausgestattet sein. Grundsätzlich kann hierzu auch eine fahrzeugseitige Bedieneinrichtung verwendet werden, wenn diese dafür adaptiert, insbesondere programmiert, ist und mit dem Steuergerät des Brennstoffzellensystems kommuniziert.
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Zusätzlich oder alternativ kann gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen sein, das Steuergerät des Brennstoffzellensystems mit einer Navigationseinrichtung des Fahrzeugs zu koppeln. Nach einer Fahrtzieleingabe durch den Fahrzeugführer kann die Navigationseinrichtung selbsttätig die voraussichtliche Fahrtzeitdauer bzw. den voraussichtlichen Fahrtendzeitpunkt berechnen. Diese Daten können dann von der Navigationseinrichtung quasi automatisch dem Steuergerät des Brennstoffzellensystems mitgeteilt werden, so dass dieses in Abhängigkeit davon rechtzeitig für die Ausschaltung oder Einschaltung des Brennstoffzellensystems sorgen kann.
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Das Steuergerät kann insbesondere interaktiv arbeiten, beispielsweise um beim Ausschalten einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs eine Abfrage dahingehend durchzuführen, ob sich das Fahrzeug in einer sicheren Umgebung befindet, ob das Brennstoffzellensystem ausgeschaltet werden soll, ob das Brennstoffzellensystem hochgefahren werden kann oder ob das Brennstoffzellensystem im Erhaltungsbetrieb weiter betrieben werden kann.
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Die Steuerung kann hierzu mit einer Schalteinrichtung zusammenwirken, die das Einschalten und Ausschalten der Brennkraftmaschine steuert. Üblicherweise handelt es sich hierbei um ein Zündschloss, das hierzu mit einem entsprechenden Zündschlüssel oder mit einem Ein/Aus-Schalter der Brennkraftmaschine zusammenwirkt. Alternativ kann die Schalteinrichtung auch mit drahtlosen Betätigungselementen zusammenwirken, wie z. B. eine Fernsteuerung oder ein Mobiltelefon oder eine sogenannte Keyless-go-Karte.
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Entsprechend einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann das Steuergerät anhand der voraussichtlichen Fahrtzeitdauer bzw. anhand des voraussichtlichen Fahrtendzeitpunkts eine zum Betreiben des Brennstoffzellensystems zur Verfügung stehende voraussichtliche Betriebszeit oder Betriebszeitdauer ermitteln. Das Steuergerät kann nun in Abhängigkeit dieser voraussichtlichen Betriebszeit aus verschiedenen zur Verfügung stehenden Betriebsmodi, mit denen das Brennstoffzellensystem betrieben werden kann, einen für die zur Verfügung stehende voraussichtliche Betriebszeit besonders geeigneten Betriebsmodus auswählen, um das Brennstoffzellensystem danach zu betreiben. Beispielsweise kann in einem einfachen Fall zwischen einem Kurzzeitbetrieb und einem Langzeitbetrieb ausgewählt werden, die beispielsweise unterschiedliche Belastungen des Brennstoffzellensystems zulassen. Beispielsweise kann der Langzeitbetrieb nur bei einer vergleichsweise großen Mindestbetriebszeitdauer energetisch sinnvoll sein. Ebenso kann die voraussichtliche Betriebszeit so kurz sein, dass es aus energetischen Gründen keinen Sinn macht, das Brennstoffzellensystem zu aktivieren. Durch die Berücksichtigung der voraussichtlichen Betriebszeit, kann das Brennstoffzellensystem somit in energetischer Sicht mit erhöhtem Wirkungsgrad betrieben werden.
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Als Grundlage für die Auswahl unterschiedlicher Betriebsmodi kann entsprechend einer anderen Ausführungsform auch eine geschätzte Mindestfahrtzeit verwendet werden, die beispielsweise in Verbindung mit Hilfe einer Navigationseinrichtung abgeschätzt werden kann. Beispielsweise kann die Navigationseinrichtung, auch wenn sie nicht zum Navigieren verwendet wird, erkennen, ob sich das Fahrzeug auf einer Schnellstraße, außerhalb eines Ortes oder innerhalb eines Ortes befindet. Bei einem Aufenthalt innerhalb eines Orts kann mit erhöhter Wahrscheinlichkeit von einer relativ kurzen Fahrtzeit ausgegangen werden. Bei Autobahnfahrten kann jedoch mit erhöhter Wahrscheinlichkeit von einer längeren Mindestfahrzeit ausgegangen werden. Insbesondere können diese Abschätzungen auch mit einer manuellen Eingabe der Mindestfahrtzeit durch den Fahrzeugführer kombiniert werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Die einzige 1 zeigt eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Brennstoffzellensystem.
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Entsprechend 1 umfasst ein vereinfacht dargestelltes Kraftfahrzeug 1 ein Brennstoffzellensystem 2. Das Brennstoffzellensystem 2 dient im Fahrzeug 1 als Lieferant für elektrische Energie. Dabei kann das Brennstoffzellensystem 2 elektrischen Strom unabhängig von einer Brennkraftmaschine 3 des Fahrzeugs 1 liefern, also insbesondere auch bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine 3. Es dient zur Versorgung wenigstens eines elektrischen Verbrauchers 10 des Fahrzeugs 1 mit elektrischer Energie.
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Zum Betreiben des Brennstoffzellensystems 2 ist ein Steuergerät 4 vorgesehen, das auf geeignete Weise mit dem Brennstoffzellensystem 2 gekoppelt ist. Während einer Fahrt des Fahrzeugs 1 wird das Brennstoffzellensystem 2 bei entsprechendem Strombedarf eingeschaltet. Das Steuergerät 4 kennt die voraussichtliche Fahrtzeitdauer und/oder den voraussichtlichen Fahrtendzeitpunkt. Diese Daten werden dem Steuergerät 4 auf geeignete Weise mitgeteilt. Beispielsweise kann ein Fahrzeugführer die genannten Daten manuell in eine Bedieneinrichtung 5 eingeben, die auf geeignete Weise mit dem Steuergerät 4 kommuniziert. Beispielsweise handelt es sich hierbei um eine Bedieneinrichtung 5, die im Fahrzeug 1 speziell zum Bedienen des Brennstoffzellensystems 2 enthalten ist. Alternativ kann es sich bei der Bedieneinrichtung 5 auch um eine Bedieneinrichtung des Fahrzeugs 1 handeln, die dazu adaptiert ist, entsprechende Daten und Befehle für das Steuergerät 4 des Brennstoffzellensystems 2 entgegenzunehmen.
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Zusätzlich oder alternativ können die voraussichtliche Fahrtzeitdauer bzw. der voraussichtliche Fahrtendzeitpunkt auch über eine Navigationseinrichtung 6 dem Steuergerät 4 mitgeteilt werden. Beispielsweise kann der Fahrzeugführer über die Bedieneinrichtung 5 oder über eine andere Bedieneinrichtung ein Fahrtziel eingeben. Die Navigationseinrichtung 6 berechnet dann automatisch die voraussichtliche Fahrtzeitdauer bzw. den voraussichtlichen Fahrtendzeitpunkt und kann diese Daten dem Steuergerät 4 entweder direkt oder indirekt über die Bedieneinrichtung 5 mitteilen. Diese Mitteilung der Fahrtzeitdauer bzw. des Fahrtendzeitpunkts kann dabei zu Beginn der jeweiligen Fahrt oder auch während der Fahrt erfolgen.
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Das Brennstoffzellensystem 2 ist im Beispiel entsprechend einem Doppelpfeil 11 wärmeübertragend mit der Brennkraftmaschine 3 gekoppelt. Zusätzlich kann die Brennkraftmaschine 3 entsprechend einem Doppelpfeil 12 wärmeübertragend mit einer Klimatisierungseinrichtung 7 gekoppelt sein. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine wärmeübertragende Kopplung zwischen dem Brennstoffzellensystem 2 und der Klimatisierungseinrichtung 7 gemäß einem Doppelpfeil 13 vorgesehen sein.
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Das Steuergerät 4 ist nun so ausgestaltet, dass es im Hinblick auf das voraussichtliche Fahrtende rechtzeitig eine Abschaltprozedur aktiviert, mit der das Brennstoffzellensystem 2 „schonend” abgeschaltet werden kann. Die schonende Abschaltung beinhaltet zum Beispiel eine minimale thermische Belastung der Komponenten und/oder eine minimale Schadstoffemission und/oder einen optimalen Wirkungsgrad. Der Beginn der Abschaltprozedur wird vom Steuergerät 4 gezielt so gelegt, dass die Abschaltprozedur zu einem Zeitpunkt vollständig durchlaufen ist, zu dem das Fahrtende erwartet wird. Nach Beendigung der Abschaltprozedur ist das Brennstoffzellensystem 2 abgeschaltet. Bei Erreichen des erwarteten Fahrtendes ist somit das Brennstoffzellensystem 2 ausgeschaltet. Die Abschaltprozedur kann optional zeitlich etwas nach vorn verlegt werden, so dass sie zeitnah, jedoch vor dem voraussichtlichen Fahrtende vollständig beendet ist. Auch ist eine geringe Nachlaufzeit tolerierbar. Insbesondere wird die Abschaltprozedur zeitlich vom Steuergerät 4 so gelegt, dass zeitlich gesehen das letzte Drittel oder das letzte Viertel der Abschaltprozedur während einer Zeitspanne erfolgt, in welcher das voraussichtliche Fahrtende liegt.
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Alternativ kann das Steuergerät 4 die Abschaltprozedur gezielt auch so steuern, dass das Brennstoffzellensystem 2 bei Erreichen des voraussichtlichen Fahrtendes den Erhaltungsbetrieb erreicht hat. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 4, z. B. über die Bedieneinrichtung 5, interaktiv tätig werden, beispielsweise um vom Fahrzeugführer die Freigabe zum erneuten Hochfahren des Brennstoffzellensystems 2 zu erhalten oder um das Brennstoffzellensystem 2 weiter im Erhaltungsbetrieb oder vollständig zu betreiben oder um das Brennstoffzellensystem 2 vollständig herunterzufahren, beispielsweise falls sich das Fahrzeug in einer Umgebung befindet, in der das Betreiben des Brennstoffzellensystems nicht zulässig ist.
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Zusätzlich oder alternativ kann das Steuergerät 4 auch so ausgestaltet sein, dass es im Hinblick auf das voraussichtliche Fahrtende rechtzeitig eine Einschaltprozedur aktiviert, mit der das Brennstoffzellensystem 2 „schonend” eingeschaltet werden kann. Wie zuvor beim schonenden Abschalten beinhaltet das schonende Einschalten beispielsweise ebenfalls eine minimale thermische Belastung der Komponenten und/oder eine minimale Schadstoffemission und/oder einen optimalen Wirkungsgrad. Der Beginn der Einschaltprozedur wird vom Steuergerät 4 gezielt so gelegt, dass die Einschaltprozedur zu einem Zeitpunkt vollständig durchlaufen ist, zu dem das Fahrtende erwartet wird. Nach Beendigung der Einschaltprozedur ist das Brennstoffzellensystem 2 eingeschaltet, was mit dem erwarteten Fahrtende zusammenfällt. Auch hier ist wieder eine optionale zeitliche Verlegung der Einschaltprozedur denkbar, so dass diese zeitnah, jedoch vor dem voraussichtlichen Fahrtende bereits abgeschlossen ist. Ebenfalls ist auch hier eine geringe Nachlaufzeit tolerierbar.
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Ferner kann auch hier optional vorgesehen sein, das Brennstoffzellensystem 2 nicht vollständig hochzufahren, sondern nur bis zum Erhaltungsbetrieb, um dann wieder über Interaktion mit dem Benutzer zu entscheiden, ob das Brennstoffzellensystem vollständig hochgefahren werden soll, weiter im Erhaltungsbetrieb verbleiben soll oder vielleicht sogar wieder heruntergefahren werden soll.
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Die vorstehend genannten unterschiedlichen Varianten können dabei mit dem gleichen Steuergerät 4 realisiert werden. Das Steuergerät 4 ermöglicht über die Bedieneinrichtung 5 eine entsprechende Auswahl unterschiedlicher Prozeduren. Auch sind grundsätzlich beliebige sinnvolle Kombinationen der vorstehenden Möglichkeiten denkbar.
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Das Steuergerät 4 kann anhand der voraussichtlichen Fahrtzeitdauer bzw. anhand des voraussichtlichen Fahrtendzeitpunkts eine voraussichtliche Betriebszeit oder Betriebszeitdauer ermitteln, die zum Betreiben des Brennstoffzellensystems 2 zur Verfügung steht. Das Steuergerät 4 ist dann zweckmäßig so ausgestaltet, dass es in Abhängigkeit dieser ermittelten voraussichtlichen Betriebszeit aus mehreren, vorgegebenen, unterschiedlichen Betriebsmodi, mit denen das Brennstoffzellensystem 2 betrieben werden kann, einen für die aktuell zur Verfügung stehende Betriebszeit geeigneten Betriebsmodus auswählt. Das Steuergerät 4 betreibt dann das Brennstoffzellensystem 2 auf Basis dieses ausgewählten Betriebsmodus.
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Sofern eine Navigationseinrichtung 6 vorhanden ist, kann das Steuergerät 4 bei Kenntnis der aktuellen Ortsdaten des Fahrzeugs 1 selbsttätig eine voraussichtliche Mindestfahrtzeit abschätzen. Diese Mindestfahrzeit entspricht dann der zur Verfügung stehenden Betriebszeit zum Betreiben des Brennstoffzellensystems 2. Das Steuergerät 4 kann somit anhand von Ortsdaten der Navigationseinrichtung 6 bzw. in Abhängigkeit der ermittelten voraussichtlichen Mindestfahrtzeit wieder aus verschiedenen Betriebsmodi denjenigen auswählen, der sich am besten für die zur Verfügung stehende Mindestfahrtzeit eignet.
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Des Weiteren kann das Steuergerät 4 auch einen ungeplanten Zwischenstopp bzw. eine Fahrtunterbrechung erkennen, die beispielsweise aufgrund einer Panne oder aufgrund eines Staus entstehen kann. Denkbar ist beispielsweise eine Kopplung mit einer dynamischen Navigationseinrichtung 6, die Verkehrsnachrichten verarbeiten kann. Hierdurch kann automatisch das Betriebsverhalten des Brennstoffzellensystems 2 adaptiert werden, beispielsweise wenn sich das voraussichtliche Fahrtzeitende verschiebt. Auch kann die Steuerung 4 über die Navigationseinrichtung 6 beispielsweise erkennen, wenn das Fahrzeug 1 eine geplante Route verlässt, so dass beispielsweise die Wahrscheinlichkeit für einen ungeplanten Stopp steigt. Denkbar ist ferner eine Kopplung mit einer Tankfüllstandsmesseinrichtung. Erkennt die Steuerung 4, dass das Fahrzeug 1 bei einem niedrigen Kraftstofffüllstand die geplante Route verlässt, kann das Steuergerät 4 mit hoher Wahrscheinlichkeit von einem Tankstopp ausgehen und das Abschalten des Brennstoffzellensystems 2 vorbereiten, da es beispielsweise untersagt sein kann, im Bereich einer Tankstelle das Brennstoffzellensystem 2 zu betreiben.
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Die Navigationseinrichtung 6, die insbesondere satellitengestützt sein kann, sogenanntes GPS-System, kann beispielsweise erkennen, ob sich das Fahrzeug 1 auf einer Autobahn oder auf einer Überlandstraße oder außerhalb einer Stadt oder innerhalb einer Stadt befindet. Dementsprechend kann das Steuergerät 4 bei Kenntnis dieser Ortsdaten abschätzen, ob ein längere oder eine kürzere Mindestfahrtzeit erwartet werden kann. Wird das Fahrzeug 1 innerhalb einer Stadt bewegt, wird eine kürzere Mindestfahrtzeit geschätzt als wenn das Fahrzeug außerhalb einer Stadt betrieben wird. Die Navigationseinrichtung 6 muss für die Bereitstellung dieser Ortsdaten nicht zum Navigieren aktiviert sein. Vielmehr kann die Navigationseinrichtung 6 permanent Ortsdaten des Fahrzeugs 1 ermitteln und bereitstellen.
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Auch bei der vorstehend genannten Ausführungsform kann es zu unerwarteten Fahrtverzögerungen kommen, die von der Steuerung 4, insbesondere in Verbindung mit der Navigationseinrichtung 6 identifiziert werden können. Das Steuergerät 4 ermöglicht dann entsprechende Reaktionen auf die sich ändernden Randbedingungen.
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Betriebsmodi, die in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Betriebszeit bzw. der geschätzten Mindestfahrtzeit ausgewählt werden können, können sich durch zumindest eines der folgenden Kriterien oder durch eine beliebige Kombination daraus voneinander unterscheiden: Der jeweilige Betriebsmodus kann beispielsweise Regenerationszyklen für zumindest eine der Komponenten des Brennstoffzellensystems 2 zulassen. Beispielsweise kann es von Zeit zu Zeit erforderlich sein, einen Reformer zu regenerieren, beispielsweise um eine Russbeladung abzubrennen. Hierfür sind relativ hohe Temperaturen erforderlich. Ein solcher Regenerationszyklus macht nur dann Sinn, wenn ausreichend Zeit zur Verfügung steht, diese hohen Regenerationstemperaturen zu erzielen und nach der Regeneration wieder schonend abzubauen. Ein anderer Betriebsmodus kann sich dadurch charakterisieren, dass er eine maximale Belastung des Brennstoffzellensystems 2 zulässt, beispielsweise hinsichtlich Stromabgabe und/oder Temperatur wenigstens einer Komponente des Brennstoffzellensystems 2. Ein derartiger Betriebsmodus kommt für längere Fahrtzeiten in Betracht. Für kürzere und mittlere Fahrtzeiten können Betriebsmodi in Betracht kommen, die nur niedrigere bzw. mittlere Belastungen des Brennstoffzellensystems zulassen.
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Entsprechend einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät 4 über die Bedieneinrichtung 5 den Fahrzeugführer im Fall eines Zwischenstopps des Fahrzeugs 1 dazu auffordert, den vorliegenden Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems 2 weiterhin zuzulassen, also freizugeben oder aber die Abschaltprozedur bzw. eine verkürzte Abschaltprozedur zu starten. Ebenso kann das Steuergerät 4 über die Bedieneinrichtung 5 die Auswahl zulassen, das Brennstoffzellensystem 2 in den Erhaltungsbetrieb zu überführen bzw. darin weiter zu betreiben. Die jeweilige Abfrage kann beispiels weise durch die Betätigung einer Schalteinrichtung 9 ausgelöst werden. Hierbei handelt es sich im einfachsten Fall um ein Zündschloss des Fahrzeugs 1. Die Schalteinrichtung 9 ist somit in jedem Fall mit der Brennkraftmaschine 3 bzw. mit einem entsprechenden Motorsteuergerät verbunden. Außerdem ist die Schalteinrichtung 9 hier mit dem Steuergerät 4, mit der Bedieneinrichtung 5 und hier außerdem noch mit der Navigationseinrichtung 6 verbunden. Das Ausschalten der Brennkraftmaschine 3 kann die Abfrage des Steuergeräts 4 auslösen, um – je nach Betriebszustand des Brennstoffzellensystems 2 – den weiteren Betrieb für das Brennstoffzellensystem 2 festzulegen. Insbesondere werden die zuvor genannten Entscheidungsmöglichkeiten geboten, das Brennstoffzellensystem 2 im Erhaltungsbetrieb fortzuführen, vollständig herunterzufahren oder vollständig hochzufahren. Ein Zwischenstopp liegt dann vor, wenn die Brennkraftmaschine 3 des Fahrzeugs 1 zeitlich vor dem voraussichtlichen Fahrtende abgeschaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt konnte das Steuergerät 4 das Brennstoffzellensystem 2 noch nicht ausschalten. Ferner geht das Steuergerät 4 zu einem derartigen Zeitpunkt davon aus, dass die Fahrt in Kürze fortgesetzt werden kann, so dass die ursprünglich mitgeteilten Daten für Fahrtzeitdauer und Fahrtzeitende grundsätzlich noch gültig sind. Je nach Umgebung des Fahrzeugs 1 während dieses Zwischenstopps muss der Fahrzeugführer entscheiden, ob es erforderlich ist, das Brennstoffzellensystem 2 auszuschalten oder nicht. Bei einem Tankstopp kann es vorgeschrieben sein, das Brennstoffzellensystem 2 möglichst rasch auszuschalten. Zum manuellen Ausschalten des Brennstoffzellensystems 2 können insbesondere zumindest zwei unterschiedliche Abschaltprozeduren zur Verfügung stehen. Nämlich einerseits die übliche, schonende und zeitraubende Abschaltprozedur, die das Steuergerät 4 in Abhängigkeit der voraussichtlichen Fahrtzeitdauer bzw. des voraussichtlichen Fahrtendzeitpunkts selbstständig aktiviert. Zusätzlich kann eine verkürzte Abschaltprozedur vorgesehen sein, mit deren Hilfe das Brennstoffzellensystem 2 vergleichsweise rasch ausgeschaltet werden kann, beispielsweise dann, wenn das Brennstoffzellensystem 2 bei einem Tankstopp vorübergehend auszuschalten ist. Ein schnelles, vorübergehendes Abschalten lässt sich z. B. durch eine Unterbrechung der Medienzufuhr erreichen. Auch hier ist grundsätzlich wieder eine Kopplung mit der Schalteinrichtung 9 denkbar. Beispielsweise wird wieder durch das Ziehen des Zündschlüssels die Abfrage ausgelöst, ob das Brennstoffzellensystem 2 im aktuellen Betriebsmodus weiterbetrieben werden darf oder ob es abgeschaltet werden muss. Falls keine Eingabe durch den Fahrzeugführer erfolgt, kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät 4 nach Ablauf einer vorbestimmten Wartezeit automatisch das rasche Abschalten des Brennstoffzellensystems 2 veranlasst. Hierdurch können eine Fehlbedienung vermieden und die Betriebssicherheit erhöht werden.
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Es ist klar, dass während der Fahrt des Fahrzeugs 1 permanent bzw. periodisch eine Aktualisierung der Fahrtzeitdauer bzw. des Fahrtendzeitpunkts bzw. der voraussichtlichen Mindestfahrtzeit oder Betriebszeit durchführbar ist. Insbesondere kann über die Navigationseinrichtung 6 eine derartige Aktualisierung automatisch durchgeführt werden, entweder permanent oder periodisch.
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Das Fahrzeug 1 kann eine Klimatisierungseinrichtung 7 enthalten, mit deren Hilfe ein nicht näher dargestellter Fahrzeuginnenraum oder Fahrgastraum klimatisiert werden kann. Die Klimatisierungseinrichtung 7 dient damit zum Beheizen und Kühlen des genannten Fahrzeuginnenraums. Das Brennstoffzellensystem 2 kann nun mit dieser Klimatisierungseinrichtung 7 gekoppelt sein, um die Klimatisierungseinrichtung 7 unabhängig von einem Betrieb der Brennkraftmaschine 3 betreiben zu können.
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Über die Bedieneinrichtung 5 kann der Fahrzeugführer 1 entweder manuell oder über eine Fernbedienung 8 einen voraussichtlichen Fahrtbeginnzeitpunkt sowie eine gewünschte Innenraumtemperatur mitteilen. Das Steuergerät 4 kann nun in Abhängigkeit der gewünschten Innenraumtemperatur (Soll-Temperatur) und bei Kenntnis der aktuellen Innenraumtemperatur (Ist-Temperatur) einen Heizbedarf bzw. einen Kühlbedarf ermitteln, der erforderlich ist, die gewünschte Soll-Temperatur im Fahrzeuginnenraum einzustellen. In Abhängigkeit des ermittelten Heizbedarfs bzw. Kühlbedarfs kann das Steuergerät 4 eine hierzu erforderliche Betriebszeitdauer für die Klimatisierungseinrichtung 7 bestimmen. Die Ermittlung des Heizbedarf bzw. Kühlbedarfs sowie die Ermittlung der zugehörigen Betriebszeitdauer kann dabei über Kennfelder und dergleichen durchgeführt werden.
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Das Steuergerät 4 kann nun in Abhängigkeit der ermittelten Betriebszeitdauer, welche die Klimatisierungseinrichtung 7 benötigt, um die gewünschte Soll-Temperatur im Fahrzeuginnenraum einzustellen, einen Startzeitpunkt zum Anschalten des Brennstoffzellensystems 2 ermitteln. Dieser Startzeitpunkt berücksichtigt dabei eine Zeitdauer, die eine Startprozedur zum Einschalten bzw. Hochfahren des Brennstoffzellensystems 2 erforderlich ist. Der Startzeitpunkt des Brennstoffzellensystems 2 wird so gelegt, dass für die Klimatisierungseinrichtung 7 ausreichend Zeit zur Verfügung steht, die gewünschte Innenraumtemperatur einzustellen. Der Fahrer kann dann zum Fahrtbeginn den Komfort des beheizten bzw. gekühlten Innenraums nutzen.
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Das gezielte Hochfahren des Brennstoffzellensystems 2 zum Fahrtende hin kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn das Fahrzeug 1 nach einer langen Fahrt zum Einhalten einer vorgeschriebenen Ruhepause ausgeschaltet wird und wenn während dieser Ruhepause elektrische Verbraucher unabhängig von der Brennkraftmaschine 3 betrieben werden sollen. Beispielsweise können in einem Fahrerhaus des Fahrzeugs 1 mehrere elektrische Verbraucher vorhanden sein, die relativ viel elektrische Leistung benötigen. Denkbar ist beispielsweise der Betrieb einer Klimaanlage, einer elektrischen Heizeinrichtung sowie eines Fernsehgeräts. Allgemein kann immer dann eine unabhängig von der Brennkraftmaschine 3 arbeitende elektrische Energieversorgung durch das Brennstoffzellensystem 2 erwünscht sein, wenn der Fahrzeuginnenraum als Arbeitsplatz genutzt wird. Dabei wird stets vorausgesetzt, dass sich das Fahrzeug 1 in einer sicheren beziehungsweise für den Betrieb des Brennstoffzellensystems 2 geeigneten bzw. zulässigen Umgebung befindet.
