DE102015010114A1

DE102015010114A1 - Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenfahrzeugs und Brennstoffzellenfahrzeug

Info

Publication number: DE102015010114A1
Application number: DE102015010114.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Bader; Matthias Maisch; Ralf Nüßle; Volker Schempp
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2015-08-04
Publication date: 2016-03-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenfahrzeugs, bei welchem von einer Batterie und/oder von einem Brennstoffzellensystem (10) elektrische Energie für eine Fortbewegung des Brennstoffzellenfahrzeugs zur Verfügung gestellt wird, wobei das Brennstoffzellenfahrzeug zunächst durch Nutzung von aus der Batterie stammender elektrischer Energie fortbewegt wird. Durch das Brennstoffzellensystem (10) wird erst dann zumindest ein Teil der zum Fortbewegen des Brennstoffzellenfahrzeugs genutzten elektrischen Energie bereitgestellt, wenn ein Brennstoffzellenstapel (12) des Brennstoffzellensystems (10) eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellenfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenfahrzeugs, bei welchem von einer Batterie und/oder von einem Brennstoffzellensystem elektrische Energie für eine Fortbewegung des Brennstoffzellenfahrzeugs zur Verfügung gestellt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellenfahrzeug.
In dem Artikel „FUEL CELL SYSTEMS AS RANGE EXTENDERS FOR ELECTRIC VEHICLES" (OGRZEWALLA et al., ATZ 11/2013, Volume 115, 4–9) ist beschrieben, dass ein Fahrzeug, welches als batteriebetriebenes Elektrofahrzeug ausgebildet ist, ein Brennstoffzellensystem als sogenannten Range Extender (Reichweitenverlängerer) aufweisen kann. So kann von dem Brennstoffzellensystem elektrische Leistung bereitgestellt werden, wenn eine längere Fahrstrecke zurückgelegt werden soll, als dies mit der durch die Batterie des Fahrzeugs zur Verfügung gestellten elektrischen Energiemenge möglich ist. Bei dem in dem Artikel beschriebenen Brennstoffzellenfahrzeug werden Membran-Elektroden-Anordnungen (MEAs) verwendet, welche es zulassen, auf eine Befeuchtung der dem Brennstoffzellenstapel zugeführten Zuluft zu verzichten.
Die DE 10 2012 022 646 A1 beschreibt ein Brennstoffzellenfahrzeug mit unterschiedlichen Stromquelleneinrichtungen in Form einer Brennstoffzelle, einer Batterie und von Superkondensatoren. Die Superkondensatoren bedienen hierbei Hochleistungsspitzen wie etwa Bergfahrten, und die Batterie übernimmt mittlere Beschleunigungsphasen während einer Fahrt wie beispielsweise Überholmanöver. Eine Steuer- oder Regeleinrichtung gibt eine Auswahl oder Kombination der Stromquelleneinrichtungen in Abhängigkeit von vorgebbaren Betriebszuständen des Fahrzeugs vor.
Brennstoffzellenfahrzeuge und Brennstoffzellensysteme sind sehr komplex und dadurch entsprechend teuer. Des Weiteren weisen die aktuell am Markt bekannten Brennstoffzellenfahrzeuge zwar gute, aber dennoch noch keine sehr hohen Fahrleistungen auf, was dazu führt, dass sich mit Brennstoffzellenfahrzeugen am Markt noch keine hohen Preise erzielen lassen.
Des Weiteren benötigen aktuell bekannte Brennstoffzellenfahrzeuge sehr große Kühlflächen, damit insbesondere Bergstrecken in heißer Umgebung einigermaßen schnell beziehungsweise zügig bewältigt werden können. Große Kühleröffnungen beziehungsweise Öffnungen in den Kühlmasken führen aber, insbesondere bei höheren Fahrgeschwindigkeiten (beispielsweise bei Fahrgeschwindigkeiten über 100 km/h) dazu, dass der Luftwiderstandsbeiwert und teilweise auch die Projektionsfläche des Fahrzeuges ansteigen. Die Projektionsfläche beschreibt hierbei eine Fläche senkrecht zur Fahrzeuglängsachse, welche bei einer in Richtung der Fahrzeuglängsachse erfolgenden Projektion des Fahrzeugs von einer Konturlinie des Fahrzeugs begrenzt wird. Dies kann sich sehr negativ auf den Verbrauch und auch auf die Reichweite des Fahrzeuges auswirken.
Des Weiteren sind aus diesem Grunde oftmals teure Sondermaßnahmen bei der Auslegung des Kühlsystems erforderlich, wie beispielsweise die Sonderanfertigung von Spezialkühlern, der Einsatz von Zusatzkühlern, die Notwendigkeit von zwei oder mehr Kühlmittelpumpen und dergleichen. Auch dies ist aus Kostengründen besonders nachteilig und lässt dennoch oftmals nur eine relativ moderate Steigerung der Kühlleistung zu.
Eine weitere Maßnahme, um die Kühlleistung zu erhöhen, besteht darin, das Brennstoffzellensystem beziehungsweise den Brennstoffzellenstapel bei höherer Temperatur zu betreiben, um so die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühler und Umgebung anheben zu können. Die Erhöhung der Betriebstemperatur wirkt sich jedoch zum einen nachteilig auf die Lebensdauer der Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels aus. Zum anderen muss bei höherer Temperatur auch ein überproportionaler Aufwand bei der Befeuchtung betrieben werden. Es muss also etwa die Befeuchterfläche vergrößert werden, was sich wiederum in höheren Kosten niederschlägt.
Ein weiterer Punkt, warum Brennstoffzellensysteme gemäß dem Stand der Technik komplex und teuer sind, ist die geforderte Gefrierstartfähigkeit des Brennstoffzellensystems beziehungsweise des Brennstoffzellenstapels oder Brennstoffzellenstacks. Es wird teilweise ein erheblicher Aufwand getrieben (beispielsweise durch Vorsehen elektrisch beheizbarer Komponenten, spezieller gegenüber einer Umpolung – also einem Reversal – toleranter Katalysatoren, aktiver Gebläse auf der Anodenseite), um einen Gefrierstart des Brennstoffzellensystems zu ermöglichen, was entsprechend kostenintensiv ist.
Des Weiteren führen „Trockungsmaßnahmen” durch Spülen der Kathode mit Luft (zur Sicherstellung eines problemlosen Gefrierstarts des Brennstoffzellensystems) beim Abschalten des Systems zu unerwünschten Geräuschemissionen (langer Nachlauf) und zu Materialstress, da den Membran-Elektroden-Anordnungen (MEAs) aktiv Feuchtigkeit entzogen wird. Dieser Materialstress kann sich verkürzend auf die Lebensdauer auswirken. Des Weiteren lassen sich vorteilhafte Systemgestaltungen nicht umsetzen, wenn eine Gefrierstartfähigkeit des Brennstoffzellensystems gefordert ist.
Ein weiterer Nachteil beim Stand der Technik besteht darin, dass die Dynamik des Fahrzeugs letztendlich durch das Brennstoffzellensystem getragen wird, was zu einem komplexen Brennstoffzellensystem führt. Des Weiteren hat die durch das Brennstoffzellensystem darstellbare Dynamik ihre natürlichen Grenzen, da die entsprechenden Stoffströme eines Oxidationsmittels und des Brennstoffs „Verweildauern” beziehungsweise „Totzeiten” aufweisen und damit eine sehr hohe Dynamik ohnehin nicht darstellbar ist.
Bis beispielsweise ein Luftstrom bei einem Lastwechsel vom Verdichter zum Brennstoffzellenstapel transportiert wird, dauert es einen entsprechenden Zeitraum. Erst nach dem Eintreten des höheren Luftmassenstroms in den Brennstoffzellenstapel kann dieser jedoch eine höhere elektrische Leistung bereitstellen. Des Weiteren kann diese Limitierung der verfahrenstechnischen Dynamik des Brennstoffzellensystems dazu führen, dass lokal eine Unterversorgung mit Medien erfolgt (insbesondere bei den kompressiblen Medien wie Wasserstoff und Luft), was dann ebenfalls zu lokalen Degradationen oder Schädigungen führen kann.
Zusätzlich müssen aufgrund der hohen Dynamikanforderungen auch Nebenaggregate wie Pumpen und Verdichter entsprechend leistungsstark ausgelegt werden, welche nur für extreme Dynamikfälle vorzuhalten sind, was die Komponenten entsprechend komplex und somit auch teuer macht. Durch die hohen Dynamikanforderungen an das Brennstoffzellensystem ist auch eine entsprechende Ausstattung mit Sensorik und Aktuatorik (beispielsweise Systembypassklappe, Befeuchterbypassklappe und dergleichen) notwendig, um den dynamischen Betrieb entsprechend steuern beziehungsweise regeln zu können. Die hohe Dynamik stellt also entsprechend hohe Anforderungen an die Sensorik und die Aktuatorik, was ebenfalls kostenintensiv ist.
Ein weiterer Nachteil bei den bekannten Brennstoffzellensystemen beziehungsweise Brennstoffzellenfahrzeugen besteht darin, dass diese teilweise einen hohen Flüssigwasseraustrag aufweisen oder eine starke Nebelbildung bewirken können. Der Toyota Mirai weist beispielsweise sogar eine spezielle Funktion auf, bei welcher vor Einfahrt des Fahrzeuges in eine Garage das angesammelte Flüssigwasser ausgeblasen wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art sowie ein entsprechendes Brennstoffzellenfahrzeug bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Brennstoffzellenfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Brennstoffzellenfahrzeug zunächst durch Nutzung von aus der Batterie stammender elektrischer Energie fortbewegt. Durch das Brennstoffzellensystem wird erst dann zumindest ein Teil der zum Fortbewegen des Brennstoffzellenfahrzeugs genutzten elektrischen Energie bereitgestellt, wenn ein Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat.
Dadurch, dass grundsätzlich durch die Batterie die Fortbewegung des Fahrzeugs sichergestellt wird, braucht das Brennstoffzellensystem nicht auf eine Spitzenleistung des Fahrzeugs ausgelegt zu werden. Vielmehr dient das Brennstoffzellensystem im Wesentlichen dazu, eine hohe Reichweite zu erzielen. Spitzenlasten sowie die eigentliche Fahrleistung und insbesondere dynamische Beschleunigungsvorgänge werden jedoch durch die von der Batterie zur Verfügung gestellte elektrische Energie abgedeckt. Dadurch lässt sich ein von seinem Aufbau her extrem einfaches und kostengünstiges Brennstoffzellensystem für das Brennstoffzellenfahrzeug nutzen. Es lassen sich also mit dem Brennstoffzellenfahrzeug hohe Fahrleistungen und auch hohe Preisbausteine erzielen.
Dadurch, dass das Brennstoffzellensystem keine hohen Dynamikanforderungen abzudecken braucht, sondern lediglich elektrische Energie für den Fall bereitstellt, dass die von der Batterie bereitgestellte elektrische Energie nicht zum Zurücklegen der gewünschten Fahrstrecke ausreicht, ist ein Brennstoffzellensystem darstellbar, welches extrem günstig ist. Dennoch erfüllt das Brennstoffzellensystem seine wesentliche Aufgabe, nämlich die Energiewandlung von Wasserstoff und Sauerstoff in elektrische Energie zur Erreichung einer hohen Reichweite.
Weil der Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems erst dann mit Oxidationsmittel und Brennstoff versorgt wird, wenn der Brennstoffzellenstapel die vorbestimmte Temperatur erreicht hat, braucht das Brennstoffzellensystem nicht auf eine Gefrierstartfähigkeit oder Kaltstartfähigkeit ausgelegt zu werden. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen sorgt vielmehr die Batterie für das Fortbewegen des Fahrzeugs, bis der Brennstoffzellenstapel die gewünschte Temperatur erreicht hat. Auch dies trägt dazu bei, dass aufwendige Maßnahmen unterbleiben können und aufwendige Komponenten nicht vorgesehen zu werden brauchen.
Beispielsweise ist ein Spülen der Kathode des Brennstoffzellenstapels mit Luft beim Abstellen zur Sicherstellung eines Gefrierstarts des Brennstoffzellensystems nicht notwendig. Die Geräuschemissionen durch den Nachlauf eines entsprechenden Lüfters können daher vermieden werden. Als die vorbestimmte Temperatur kann insbesondere eine Temperatur von 5 Grad Celsius vorgesehen sein.
Durch das Nutzen der Batterie zum Bereitstellen von Spitzenlasten und für bei dynamischen Fahrzuständen des Brennstoffzellenfahrzeugs vorzusehende Beschleunigungen ergibt sich bei dem Brennstoffzellenfahrzeug eine verbesserte Dynamik im Vergleich zu einem Brennstoffzellenfahrzeug ohne eine solche Batterie.
Das Brennstoffzellensystem ist also extrem einfach in seinem Aufbau an sich, und die Anforderung an die Einzelkomponenten sind relativ niedrig, so dass auch die Komponenten zu einer Kosteneinsparung beitragen können. Durch den einfachen Aufbau wird des Weiteren Bauraum und Gewicht eingespart.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass das Brennstoffzellensystem eine geringe Nebelbildung bewirkt beziehungsweise einen geringen Austrag an Flüssigwasser aufweist.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Auslegung des Brennstoffzellenstapels und auch von Nebenaggregaten auf wenige Betriebspunkte optimiert werden kann. Bei entsprechender Betriebsführung und auch Ausgestaltung der Komponenten können so systembedingte Nachteile gegenüber der Auslegung auf den gesamten Leistungsbereich kompensiert und somit teilweise verbessert werden. Beispielsweise kann eine Verbesserung des vergleichsweise schlechten Wirkungsgrads des Brennstoffzellensystems im Volllastpunkt durch eine Optimierung der Auslegung auf wenige Betriebspunkte erreicht werden.
Bevorzugt wird der Brennstoffzellenstapel durch Betreiben eines elektrischen Heizelements auf die vorbestimmte Temperatur gebracht, indem das Heizelement mit aus der Batterie stammender elektrischer Energie beaufschlagt wird. Es wird also die Batterie dazu verwendet, den Brennstoffzellenstapel aufzuheizen.
Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass mittels von dem elektrischen Heizelement abgegebener Wärme ein Innenraum beziehungsweise Fahrgastraum des Brennstoffzellenfahrzeugs beheizt wird.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass ein Kühlkreislauf zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels mit einem Kühlkreislauf zum Kühlen Batterie koppelbar ist. Dies ermöglicht es, die Batterie durch die Abwärme des Brennstoffzellensystems zu beheizen, ohne dass dafür hochwertige elektrische Energie bereitgestellt werden zu werden braucht.
Ein Aufheizen der Batterie ist etwa dann vorteilhaft, wenn die Batterie geladen werden soll. Denn dann kann ein sogenanntes „Li-Ionen Plating” vermieden werden. Beim Li-Ionen Plating lagert sich metallisches Lithium an der Graphit-Elektrode der jeweiligen Brennstoffzelle an. Zu dieser Problematik wird auch auf die DE 10 2010 013 000 A1 verwiesen.
Bei Brennstoffzellenfahrzeugen beziehungsweise Brennstoffzellensystemen fällt Abwärme auf einem vergleichsweise niedrigen Temperaturniveau an, nämlich auf einem erheblich geringeren Temperaturniveau als bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Die Abwärme des Brennstoffzellensystems wird überwiegend über ein Kühlmittel und nur zu einem sehr geringen Anteil über die Abluft oder das Abgas eines Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems abgeführt.
Ein Grund dafür, dass das Brennstoffzellensystem durch das Kühlmittel auf einem relativ moderaten Temperaturniveau gehalten wird, ist zum einen die normalerweise vorgesehene Befeuchtung der dem Brennstoffzellenstapel zuzuführenden Reaktanden. Beispielsweise wird die (üblicherweise zuvor komprimierte) Zuluft für den Brennstoffzellenstapel befeuchtet, um ein Austrocknen der Membranen in den Elektroden-Membran-Anordnungen (MEAs) der einzelnen Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels zu verhindern. Bei einer hohen Temperatur ist ein größerer Befeuchtungsaufwand vonnöten. Dies erfordert eine große Fläche eines entsprechenden Befeuchters und geht entsprechend mit hohen Kosten einher. Eine niedrigere Temperatur des Brennstoffzellenstapels führt auch zu einem geringeren Materialstress, insbesondere für die MEA, welcher bei höheren Temperaturen verstärkt zu beobachten ist. Um also den Befeuchtungsaufwand und den Materialstress möglichst gering zu halten, wird das Brennstoffzellensystem beziehungsweise der Brennstoffzellenstapel bei relativ moderaten Betriebstemperaturen betrieben.
Diese Betriebsweise mit moderaten Betriebstemperaturen hat aber auch Folgen für das Abführen der Abwärme. So ergibt sich aufgrund der relativ niedrigen Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels auch eine relativ geringe Temperaturdifferenz zwischen der Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels sowie der Umgebungstemperatur oder Außentemperatur. Dies führt zu einer Limitierung der Wärmemenge, welche über einen Kühler des Brennstoffzellensystems abgeführt werden kann, durch welchen das Kühlmittel strömt.
Wegen der geringen Temperaturdifferenz zwischen der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle und der Umgebung wirkt sich des Weiteren eine geringe oder zu geringe Strömungsgeschwindigkeit an dem Kühler negativ auf die übertragbare oder abführbare Abwärmeleistung aus.
Die Wärmeabgabe von dem Kühlmittel, welches dem Kühlen des Brennstoffzellenstapels dient, an die Umgebung erfolgt nämlich hauptsächlich über den bevorzugt im Bereich der Fahrzeugfront angeordneten Kühler, welcher daher auch als Hauptkühler bezeichnet wird. Die Strömungsgeschwindigkeit am Hauptkühler wird im Wesentlichen durch die Fahrgeschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs bestimmt. Ist die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu gering, so wird zum besseren Abführen von Abwärme die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Hauptkühlers mittels eines Lüfters erhöht.
Ein derartiger Lüfter erfordert je nach Auslegung des Brennstoffzellenfahrzeugs teilweise eine sehr hohe Antriebsleistung, welche üblicherweise auf einem Niedrigvolt-Spannungsniveau (LV-Spannungsniveau) bereitgestellt wird. So können für den Lüfter Spannungen von 12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt vorgesehen werden. Auf diesem Spannungsniveau finden sich jedoch auch weitere, zusätzliche Verbraucher des Brennstoffzellenfahrzeugs. Entsprechend kann es vorkommen, dass ein LV-DCDC-Wandler, welcher Leistung auf dem LV-Spannungsniveau bereitstellt, an seine Leistungsgrenze stößt. Dieser LV-DCDC-Wandler kann beispielsweise die Niedrigvolt-Spannung durch Wandlung der von der Batterie oder von dem Brennstoffzellenstapel bereitgestellten, höheren Spannungen generieren. Entsprechend führt eine höhere LV-Leistung auch zu einer erhöhten Leistungsanforderung an das Brennstoffzellensystem. Dadurch fällt erneut mehr Abwärme an, welche an die Umgebung abzuführen ist.
Die vorgenannten Umstände führen letztendlich dazu, dass bei Brennstoffzellenfahrzeugen üblicherweise eine sogenannte thermische Limitierung vorgesehen ist. Dies bedeutet, dass die Leistungsabgabe des Brennstoffzellenstapels auf einen (von verschiedenen Parametern abhängigen) Wert begrenzt wird, bei welchem die anfallende Abwärme der über einen zum Kühlen des Brennstoffzellensystems vorgesehenen Kühlkreislauf abführbaren Wärme entspricht.
Die thermische Limitierung, welche insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen in Verbindung mit einer Bergfahrt auftritt, dient insbesondere dem Schutz vor einer thermischen Überlastung des Brennstoffzellensystems.
Es können also in bestimmten Situationen, etwa bei Bergfahrten in heißer Umgebung, Reduzierungen der Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellensystems auftreten, welche sich in einer Limitierung der Fahrgeschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs äußern. Eine solche thermische Limitierung, insbesondere eine thermisch limitierte Bergfahrt, stellt eine erhebliche Einschränkung beim Betrieb des Brennstoffzellenfahrzeugs für einen Nutzer desselben dar. Da diese thermische Limitierung vom Nutzer des Brennstoffzellenfahrzeugs auch wahrgenommen wird, wird sie entsprechend negativ bewertet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird daher das Brennstoffzellenfahrzeug zunächst durch Nutzung von aus der Batterie stammender elektrischer Energie beschleunigt. Anschließend wird zumindest ein Teil der zum Fortbewegen des Brennstoffzellenfahrzeugs genutzten elektrischen Energie von dem Brennstoffzellensystem bereitgestellt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die maximal abführbare Abwärmeleistung des Brennstoffzellensystems von der Fahrgeschwindigkeit abhängt. Wird also das Brennstoffzellenfahrzeug beschleunigt und somit dessen Fahrgeschwindigkeit erhöht, so kann anschließend mehr von dem Brennstoffzellensystem freigesetzte Abwärme in die Umgebung abgeführt werden. Dadurch braucht die von dem Brennstoffzellensystem zum Antreiben oder Fortbewegen des Fahrzeugs bereitgestellte Leistung nicht oder zumindest in einem geringeren Ausmaß limitiert zu werden. Mit anderen Worten kann die thermische Limitierung besonders gering gehalten werden. Die mit der thermischen Limitierung einhergehenden Probleme können daher wesentlich beseitig oder zumindest massiv verringert werden.
Beschleunigungen, insbesondere aus niedrigen Fahrgeschwindigkeiten heraus, wie sie etwa beim Anfahren an einem Berg oder an besonders heißen Tagen auch in ebenem Gelände an einer Ampel oder dergleichen auftreten, können so ohne wahrnehmbare thermische Limitierung vorgenommen werden. Dies ist also insbesondere während Bergfahrten in heißer Umgebung vorteilhaft.
Des Weiteren ist es bei diesem Verfahren nicht notwendig, die Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels zu erhöhen. Dies führt zu einem geringeren Materialstress für die Komponenten der Brennstoffzellen, einer verbesserten Haltbarkeit und Verlässlichkeit sowie einer verlängerten Lebensdauer des Brennstoffzellensystems. Des Weiteren können zum Kühlen des Brennstoffzellensystems Standardkomponenten verwendet werden, was zu verringerten Kosten führt. Darüber hinaus ist es möglich, die Kühlfläche des Kühlers zum Abführen von Abwärme von dem Brennstoffzellensystem sogar zu verringern. Dadurch können ein geringerer Luftwiderstand und somit Brennstoffverbrauch erreicht werden sowie auch verringerte Geräuschemissionen.
Dadurch, dass bei dieser Ausgestaltung zum Beschleunigen des Brennstoffzellenfahrzeugs auf eine erhöhte Fahrgeschwindigkeit hauptsächlich die aus der wenigstens einen Batterie stammende elektrische Energie zumindest einem Elektromotor des Brennstoffzellenfahrzeugs zugeführt wird, lässt sich also eine besonders geringe thermische Limitierung beim Beziehen der Leistung von dem Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems erreichen. Es wird also bevorzugt die Betriebsführung des Brennstoffzellenfahrzeugs beziehungsweise des Brennstoffzellenantriebsstrangs so angepasst, dass für in der Realität auftretende Fahrsituationen, insbesondere für Bergfahrten, praktisch keine thermische Limitierung mehr auftritt. Zumindest kann erreicht werden, dass diese so spät auftritt oder so gering ist, dass sie vom Nutzer des Brennstoffzellenfahrzeugs nicht mehr als Limitierung wahrgenommen wird.
Bevorzugt wird das Brennstoffzellenfahrzeug an einem eine Steigung aufweisenden Abschnitt einer Fahrtstrecke des Brennstoffzellenfahrzeugs durch die Nutzung der aus der Batterie stammenden elektrischen Energie beschleunigt. Denn bei einer Bergfahrt tritt die thermische Limitierung des Brennstoffzellensystems besonders deutlich zu Tage. Dies liegt daran, dass bei einer Bergfahrt eine niedrige Fahrgeschwindigkeit mit einer besonders hohen Leistungsanforderung an den Antriebsstrang des Brennstoffzellenfahrzeugs einhergeht. Hier zeigen sich also die Vorteile der Ausgestaltung des Verfahrens besonders deutlich.
Dies gilt insbesondere, wenn am Beginn des die Steigung aufweisenden Abschnitts, also bei der Einfahrt in einen ansteigenden Fahrbahnabschnitt an einem Berg, das Brennstoffzellenfahrzeug im Wesentlichen mit Hilfe der aus der Batterie stammenden elektrischen Energie beschleunigt wird. Ähnliche Situationen können jedoch auch nach einem Abbremsen des Brennstoffzellenfahrzeugs während des Befahrens des die Steigung aufweisenden Abschnitts erfolgen, also etwa beim Herausbeschleunigen aus einer Spitzkehre am Berg. Das Beschleunigen vorwiegend durch Nutzung von aus der Batterie stammender elektrischer Energie ist insbesondere bei niedrigen Ausgangsfahrgeschwindigkeiten sinnvoll, also etwa bei der Einfahrt in eine Steigung oder nach einer Spitzkehre.
Durch die Verwendung der Batterie bei der Bergfahrt bei hohen Außentemperaturen und der sich daraus ergebenden hohen Geschwindigkeit wird der Kühler auch bei der Verwendung von relativ kleinen Öffnungen in der Kühlermaske gut angeströmt. Dadurch kommt es, insbesondere bei der Verwendung eines Brennstoffzellensystems mit kleiner Leistung, zu keiner thermischen Limitierung. Das Brennstoffzellensystem kann also am Leistungslimit seiner installierten Leistung und nicht an der thermischen Limitierungsgrenze betrieben werden. Hierdurch wird zudem die Batterie „geschont”, beziehungsweise kann der Energieinhalt der Batterie geschont werden. So lassen sich deutlich höhere Fahrleistungen erzielen, als bei bekannten Brennstoffzellenfahrzeugen, ohne dass besondere Aufwendungen beim Kühlsystem vorgenommen zu werden brauchen.
Sind also die Randbedingungen gegeben, dass die Batterie die Aufheizung des Brennstoffzellenstapels über das elektrische Heizelement (welches ohnehin zur Innenraumheizung herangezogen wird) vornimmt, so ist dies für den Betrieb des Brennstoffzellensystems günstig. Wenn zudem dafür gesorgt wird, dass die Bergfahrt immer zuerst mittels der elektrischen Energie aus der Batterie dargestellt wird und das Brennstoffzellensystem in seiner Leistung nachgezogen wird, dann lässt sich das Brennstoffzellensystem besonders vorteilhaft einsetzen, welches extrem einfach in seinem Aufbau und somit sehr kostengünstig ist.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellenfahrzeug umfasst wenigstens eine Batterie und ein Brennstoffzellensystem zum Bereitstellen von elektrischer Energie für eine Fortbewegung des Brennstoffzellenfahrzeugs. Des Weiteren weist das Brennstoffzellenfahrzeug eine Steuerungseinrichtung auf, welche dazu ausgelegt ist, wenigstens einen dem Fortbewegen des Brennstoffzellenfahrzeugs dienenden Elektromotor anzusteuern. Die Steuerungseinrichtung ist hierbei dazu ausgelegt, den wenigstens einen Elektromotor derart anzusteuern, dass das Brennstoffzellenfahrzeug zunächst durch Nutzung von aus der Batterie stammender elektrischer Energie fortbewegt wird. Die Steuerungseinrichtung steuert des Weiteren den wenigstens einen Elektromotor derart an, dass durch das Brennstoffzellensystem erst dann zumindest ein Teil der zum Fortbewegen des Brennstoffzellenfahrzeugs genutzten elektrischen Energie bereitgestellt wird, wenn ein Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Brennstoffzellenfahrzeug.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 schematisch ein besonders einfach aufgebautes Brennstoffzellensystem, bei welchem auf einen Befeuchter zum Befeuchten der Zuluft verzichtet ist, und bei welchem das Abgas einer Kathode durch Wärmeaufnahme von der durch einen Ladeluftkühler strömenden Zuluft erwärmt wird;
2 das Brennstoffzellensystem gemäß 1, wobei zusätzlich das Abgas des Brennstoffzellenstapels einer Expansionsmaschine zugeführt wird, welche einen Generator antreibt; und
3 schematisch den Kühlkreislauf des Brennstoffzellensystems, bei welchem ein elektrisches Heizelement vorgesehen ist, mittels welchem sich der Brennstoffzellenstapel auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmen lässt.
In 1 ist ein Brennstoffzellensystem 10 mit einem besonders einfachen Aufbau gezeigt. Es ist vorgesehen, das Brennstoffzellensystem 10 so zu betreiben, dass es im wesentlich die Aufgabe hat, Energie für ein batterieelektrisches Fahrzeug zu liefern und damit die Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen. Prinzipiell ist das Brennstoffzellensystem 10 für eine Plug-In Anwendung geeignet. Für das Brennstoffzellenfahrzeug kann also anstelle einer (nicht gezeigten) Batterie mit einem großen Energieinhalt (beispielsweise von etwa 30 kWh) eine (ebenfalls nicht gezeigte) Batterie mit kleinerem Energieinhalt vorgesehen sein, wie sie typischerweise in einem Plug-In Hybridfahrzeug Anwendung findet.
Des Weiteren ist das Brennstoffzellensystem 10 insbesondere auch für stationäre Anwendungen oder als Notstromversorgungssystem im Zusammenspiel mit der Batterie geeignet.
Die Auslegung des Brennstoffzellensystems 10 ist hierbei bevorzugt derart, dass das Brennstoffzellensystems 10 eine geringe Dynamik aufweist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass es etwa 3 Sekunden bis 5 Sekunden braucht, um die Leistung eines Brennstoffzellenstapels 12 des Brennstoffzellensystems 10 von einer Leerlaufleistung (Idle) auf Volllast zu erhöhen. Auch Werte für die Dynamik des Brennstoffzellensystems 10 von bis zu 30 Sekunden sind denkbar, je nachdem, wie leistungsfähig die Batterie ist, welche bevorzugt als Hochspannungsbatterie ausgebildet ist.
Die Betriebstemperatur des Brennstoffzellensystems 10 liegt bevorzugt bei etwa 50 Grad Celsius bis etwa 60 Grad Celsius. Eine sogenannte „HOT Operation” bei Temperaturen im Bereich von 80 Grad Celsius bis 90 Grad Celsius (oder darüber hinaus) ist also insbesondere nicht vorgesehen, um keinen Materialstress hervorzurufen und einen hohen Befeuchtungsaufwand zu vermeiden, welcher mit einer großen Befeuchterfläche einhergeht.
Des Weiteren wird das Brennstoffzellensystem 10 vorliegend nicht aus negativen beziehungsweise sehr niedrigen Temperaturen heraus gestartet. Vielmehr ist durch eine entsprechenden Betriebsführung vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem 10 erst dann elektrische Energie zum Fortbewegen des Fahrzeugs bereitstellt, wenn der Brennstoffzellenstapel 12 über einen elektrischen Heizer 14 (vergleiche 3) oder ein derartiges Heizelement auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wurde. Der elektrischen Heizer 14, der in einem zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels 12 vorgesehenen Kühlkreislauf 16 angeordnet ist (vergleiche 3), übernimmt bevorzugt gleichzeitig die Beheizung beziehungsweise zusätzliche Heizung eines Innenraums oder Fahrgastraums des Fahrzeugs. Aufgrund der relativ großen Kapazität der Batterie wird somit praktisch immer aus der Batterie losgefahren.
Weiterhin kann diese elektrische Aufheizung des Brennstoffzellensystems 10 aufgrund des (im Vergleich zu für eine große Dynamik ausgelegten Brennstoffzellensystemen) besonders kleinen und einfachen Aufbaus und infolgedessen einer geringeren Wärmekapazität besonders schnell und mit wenig Energieaufwand erfolgen. Bei kalten Außentemperaturen hat ein Nutzer des Brennstoffzellenfahrzeugs den Wunsch, den Fahrgastraum möglichst schnell aufzuheizen. Diese Aufheizung erfolgt über den elektrischen Heizer 14 in einem Zweig des Kühlkreislaufs 16 des Brennstoffzellensystems 10. Hierdurch wird aber gleichzeitig auch das Brennstoffzellensystem 10 aufgeheizt. Hat der Brennstoffzellenstapel 12 des Brennstoffzellensystems 10 die vorbestimmte Temperatur (von beispielsweise + 5 Grad Celsius) erreicht, wird vorliegend das Brennstoffzellensystem 10 gestartet.
Dadurch, dass der Vortrieb des Brennstoffzellenfahrzeugs in dieser Phase des Aufheizens ausschließlich aus der Batterie erfolgt, kann das Brennstoffzellensystem 10 sehr moderat auf den Startvorgang vorbereitet werden, beispielsweise durch ein mehrfaches Vorbefüllen („Prefill”) einer Anode 18 des Brennstoffzellenstapels 12. Sobald das Brennstoffzellensystem 10 gestartet ist, kann eine Leistung des Heizers 14 reduziert beziehungsweise der Heizer 14 ausgeschaltet werden. Dann kann nämlich das Brennstoffzellensystem 10 mit der entstehenden Abwärme den Innenraum oder Fahrgastraum des Fahrzeuges heizen. Dies wirkt sich den Verbrauch reduzierend und die Reichweite erhöhend aus.
Gemäß 2 strömt ein Oxidationsmittel wie etwa Luft über einen (nicht dargestellten) Luftfilter und einen Luftmassenmesser 20 hin zu einem Verdichter 22, welcher über einen elektrischen Motor 24 angetrieben wird. Der Verdichter 22 kann hierbei als ein Turboverdichter, Scroll-Verdichter, Schraubenverdichter oder dergleichen ausgebildet sein. Prinzipiell kommt aber auch ein Gebläse in Betracht. Die verdichtete und durch die Verdichtung erwärmte Luft wird dann einem Oxidationsmittelkühler in Form eines Ladeluftkühlers 26 zugeführt, wo die verdichtete Luft vor Eintritt in den Brennstoffzellenstapel 12 abgekühlt wird. Anschließend wird die Luft ohne vorherige (zusätzliche) Befeuchtung einer Kathode 28 des Brennstoffzellenstapels 12 zugeführt.
Nach dem Austritt aus dem Brennstoffzellenstapel 12 werden die Luft (also Abgas der Kathode 28 des Brennstoffzellenstapels 12) und das mitgeführte Produktwasser einer Sekundärseite 30 des Ladeluftkühlers 26 zugeführt. Hierdurch wird die an der Primärseite des Ladeluftkühlers 26 vorliegende Verdichtungswärme aufgenommen, wodurch der Abluftstrom beziehungsweise das im Abluftstrom enthaltene Produktwasser verdampft wird. In der Folge kommt es zu keinem beziehungsweise nur noch einem geringen Austrag an flüssigem Produktwasser in die Umgebung des Brennstoffzellenfahrzeugs.
Diese Medienführung der Luft ist besonders vorteilhaft, da die Verdichtungswärme nicht in den Kühlkreislauf 16 des Brennstoffzellensystems 10 eingetragen wird, sondern über die Abluft abgeführt werden kann. Dies reduziert somit die über einen im Kühlkreislauf 16 angeordneten Kühler 32 abzuführende Abwärme (vergleiche 3). Prinzipiell kann noch ein Schalldämpfer verwendet werden, der aber vorliegend nicht dargestellt ist.
Brennstoff in Form von Wasserstoff wird aus einem Tank 34 über eine (nicht dargestellte) Druckreduziereinheit zu einem Dosierventil 36 geführt. Über das Dosierventil 36 wird die Wasserstoffmenge dosiert beziehungsweise einer Strahlpumpe 38 zugeführt. Der frische Wasserstoff aus dem Tank 34 bildet dabei einen so genannten Treibstrahl aus, der über die entsprechende Saugwirkung Wasserstoff von einem Ausgang 40 der Anode 18 zurück an einen Eintritt 42 der Anode 18 saugt und dort den Wasserstoff in entsprechend gewünschter Stöchiometrie zur Verfügung stellt.
Ein Purgeventil 44 (Spülventil) am Ausgang 40 der Anode 18 dient dazu, Stickstoff und Wasser, welches sich im Anodenkreislauf angesammelt hat, vor beziehungsweise in den Ladeluftkühler 26 zu führen und der Abluft beizumischen.
Die Befeuchtung der Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel 12 erfolgt nicht wie bei aus dem Stand der Technik bekannten Brennstoffzellensystemen über ein zusätzliches Bauteil in Form eines Befeuchters. Vielmehr erfolgt die Befeuchtung praktisch intern, also innerhalb des Brennstoffzellenstapels 12. Hierzu ist vorgesehen, dass die Medien Luft und Wasserstoff im Gegenstrom geführt werden.
Des Weiteren ist es von Vorteil, das den Kühlkreislauf 16 durchströmende Kühlmittel in gleicher Strömungsrichtung wie die Luft durch den Brennstoffzellenstapel 12 zu führen. Die trockene und erwärmte Luft tritt also in einem vergleichsweise kalten Endbereich des Brennstoffzellenstapels 12 in die Kathode 28 ein. Die trockene Luft nimmt dann über die Lauflänge das aufgrund der elektrochemischen Reaktion anfallende Produktwasser auf und transportiert es an einen Luftaustritt 46. Der Luftaustritt 46 befindet sich am vergleichsweise warmen Ende des Brennstoffzellenstapels 12.
An diesem Ende befindet sich auch der Eintritt 42 für den Wasserstoff. An diesem Ende befindet sich dementsprechend über eine Membran 48 hinweg, welche in der jeweiligen Brennstoffzelle die Anode 18 von der Kathode 28 trennt, ein hohes Feuchtigkeitsgefälle. Es ist also auf der Seite der Kathode 28 viel Produktwasser vorhanden und auf der Seite der Anode 18 wenig. Dieses Feuchtigkeitsgefälle führt dazu, dass Wasser von der Kathode 28 zur Anode 18 hin übertritt. Es wird also vom trockenen und erwärmten Wasserstoff, welcher am warmen Ende in den Brennstoffzellenstapel 12 eintritt, Wasser aufgenommen. Das Wasser wird dann mit dem Wasserstoff entlang der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 zum Ausgang 40 der Anode 18 beziehungsweise zu der Seite eines Lufteintritts 50 transportiert.
Am Lufteintritt 50 auf der Luftseite oder Seite der Kathode 28 herrschen somit relativ trockene Zustände, so dass nunmehr wiederum ein Flüssigkeitsgefälle oder Feuchtigkeitsgefälle besteht, jedoch in die umgekehrte Richtung. Am Lufteintritt 50 (und in an den Lufteintritt 50 angrenzenden Bereichen der Kathode 28) ist es nämlich auf Seiten der Anode 18 relativ feucht und auf Seiten der Kathode 28 relativ trocken. Aufgrund der Tatsache, dass der Wasserstoff und das mitgeführte Wasser (zumindest teilweise in Form von Dampf) hin zur Seite des Lufteintritts 50 transportiert wird, tritt das Wasser über die Membran 48 hinweg auf die Luftseite oder Seite der Kathode 28 über.
Dort wird wiederum das Wasser von der trockenen und warmen Luft aufgenommen, welche durch die Kathode 28 hin zum Luftaustritt 46 strömt.
Durch diesen Transportmechanismus wird praktisch ein Befeuchtungskreislauf dargestellt, so dass auf eine externe Befeuchtungseinrichtung verzichtet werden kann. Das überschüssige Wasser wird über die Kathode 28 ausgetragen, beziehungsweise über das Purgeventil 44 aus dem Anodenkreislauf entfernt.
Sowohl das Purgegas (Spülgas) als auch weiteres Abgas in Form der Abluft von der Kathode 28 werden dann dem Ladeluftkühler 26 zugeführt. Dort wird die Abluft erwärmt und das darin enthaltene Wasser zumindest teilweise verdampft. Dadurch erfolgt kein beziehungsweise nur noch ein stark verminderter Austrag an Flüssigwasser in die Umgebung.
Um möglichst homogene Ansaugbedingungen (und damit wenig Bedarf hinsichtlich einer Steuerung oder Regelung) zu haben, kann es vorgesehen sein, nicht in der Umgebung des Brennstoffzellenfahrzeugs, sondern in einem Motorraum des Brennstoffzellenfahrzeugs die Zuluft anzusaugen. Dies hat auch verminderte Geräuschemissionen nach außen zu Folge.
Das Brennstoffzellensystem 10 gemäß 2 ist im Wesentlichen identisch zu dem in 1 gezeigten Brennstoffzellensystem 10 aufgebaut, jedoch mit dem Unterschied, dass am Abluftaustritt des Ladeluftkühlers 26 (also auf der Sekundärseite) eine Expansionsmaschine 52 etwa in Form einer Turbine nachgeschaltet ist. Diese Turbine ist mechanisch nicht mit der Verdichtereinheit oder einem Antrieb des Verdichters 22 verbunden, sondern separat angeordnet.
Ein Generator 54, welcher mit der Turbine oder Expansionsmaschine 52 verbunden ist, kann elektrische Energie auf einem Spannungsniveau von beispielsweise 12 Volt, 24 Volt, 48 Volt oder dergleichen erzeugen. Vorteilhaft daran ist, dass dadurch elektrische Spannung auf einem niedrigen Spannungsniveau (nämlich etwa von 12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt) bereitgestellt werden kann, welche dann beispielsweise einen entsprechenden LV-DCDC-Wandler (Niedrigvolt-DCDC-Wandler) entlasten kann. Dann kann der LV-DCDC-Wandler kleiner ausgewählt beziehungsweise dimensioniert werden. Durch die Turbine oder Expansionsmaschine 52 kann auch Energie zurückgewonnen werden. Dies führt zu einer höheren Effizienz beziehungsweise einem geringeren Verbrauch des Fahrzeugs beziehungsweise des Antriebssystems des Fahrzeugs. Die von dem Generator 54 erzeugte Energie kann beispielsweise zur Versorgung einer 12 Volt-Batterie oder einer 48 Volt-Batterie dienen, aus welcher dann wiederum Kühlmittelpumpen, Lüfter oder ein Kältemittelverdichter gespeist werden können.
In dem in 3 stark vereinfacht gezeigten Kühlkreislauf 16 des Brennstoffzellensystems 10 ist des Weiteren eine Kühlmittelpumpe 56 vorgesehen, welche das mittels des Heizers 14 erwärmte Kühlmittel zum Brennstoffzellenstapel 12 fördert. Des Weiteren ist dem elektrischen Heizer 14 ein Wärmeübertrager 58 nachgeschaltet, welcher dem Beheizen des Innenraums oder Fahrgastraums des Brennstoffzellenfahrzeugs dient.
Über ein Ventil 60, welches insbesondere als Thermostatventil ausgebildet sein kann, kann dafür gesorgt werden, dass das Kühlmittel dem Kühler 32 zugeführt wird, wenn der Brennstoffzellenstapel 12 gekühlt werden soll. Bei dem Kühler 32 handelt es sich um den Hauptkühler, welcher üblicherweise im Bereich der Fahrzeugfront des Brennstoffzellenfahrzeugs angeordnet ist.
Auch kann über das Ventil 60 dafür gesorgt werden, dass das Kühlmittel unter Umgehung des Heizers 14 zu dem Brennstoffzellenstapel 12 gefördert wird. Auf diese Weise kann insbesondere ein (vorliegend nicht gezeigter) Wärmeübertrager mit dem Kühlmittel beaufschlagt werden, über welchen Wärme von dem Brennstoffzellenstapel 12 auf einen Kühlkreislauf übertragen werden kann, welcher dem Kühlen der Batterie dient. So kann mit der Abwärme des Brennstoffzellenstapels 12 die Batterie erwärmt werden.
Bezugszeichenliste

10: Brennstoffzellensystem
12: Brennstoffzellenstapel
14: Heizer
16: Kühlkreislauf
18: Anode
20: Luftmassenmesser
22: Verdichter
24: Motor
26: Ladeluftkühler
28: Kathode
30: Sekundärseite
32: Kühler
34: Tank
36: Dosierventil
38: Strahlpumpe
40: Ausgang
42: Eintritt
44: Purgeventil
46: Luftaustritt
48: Membran
50: Lufteintritt
52: Expansionsmaschine
54: Generator
56: Kühlmittelpumpe
58: Wärmeübertrager
60: Ventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012022646 A1 [0003]
DE 102010013000 A1 [0028]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„FUEL CELL SYSTEMS AS RANGE EXTENDERS FOR ELECTRIC VEHICLES” (OGRZEWALLA et al., ATZ 11/2013, Volume 115, 4–9) [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenfahrzeugs, bei welchem von einer Batterie und/oder von einem Brennstoffzellensystem (10) elektrische Energie für eine Fortbewegung des Brennstoffzellenfahrzeugs zur Verfügung gestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellenfahrzeug zunächst durch Nutzung von aus der Batterie stammender elektrischer Energie fortbewegt wird, wobei durch das Brennstoffzellensystem (10) erst dann zumindest ein Teil der zum Fortbewegen des Brennstoffzellenfahrzeugs genutzten elektrischen Energie bereitgestellt wird, wenn ein Brennstoffzellenstapel (12) des Brennstoffzellensystems (10) eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapel (12) durch Betreiben eines elektrischen Heizelements (14) auf die vorbestimmte Temperatur gebracht wird, indem das Heizelement (14) mit aus der Batterie stammender elektrischer Energie beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels von dem elektrischen Heizelement (14) abgegebener Wärme ein Innenraum oder Fahrgastraum des Brennstoffzellenfahrzeugs beheizt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellenfahrzeug zunächst durch Nutzung von aus der Batterie stammender elektrischer Energie beschleunigt wird und anschließend zumindest ein Teil der zum Fortbewegen des Brennstoffzellenfahrzeugs genutzten elektrischen Energie von dem Brennstoffzellensystem (10) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellenfahrzeug an einem eine Steigung aufweisenden Abschnitt, insbesondere am Beginn des Abschnitts oder nach einem Abbremsen des Brennstoffzellenfahrzeugs während des Befahrens des Abschnitts, einer Fahrstrecke des Brennstoffzellenfahrzeugs zunächst durch die Nutzung der aus der Batterie stammenden elektrischen Energie beschleunigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Brennstoffzellenstapel (12) zugeführtes Oxidationsmittel ausschließlich im Brennstoffzellenstapel (12) mit bei der Brennstoffzellenreaktion gebildetem Wasser befeuchtet wird, welches von dem Brennstoff beim Durchströmen des Brennstoffzellenstapels (12) aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Oxidationsmittel im Gegenstrom zu dem Brennstoff durch den Brennstoffzellenstapel (12) geführt wird, wobei insbesondere ein Kühlmittel im Gegenstrom zu dem Brennstoff durch den Brennstoffzellenstapel (12) geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Abgas des Brennstoffzellenstapels (12) einem Oxidationsmittelkühler (26) zugeführt wird, wobei mittels von dem Oxidationsmittel auf das Abgas übertragener Wärme im Abgas enthaltenes Wasser verdampft wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Abgas des Brennstoffzellenstapels (12) einer Expansionsmaschine (52) zugeführt wird, welche einen Generator (54) antreibt.
Brennstoffzellenfahrzeug mit wenigstens einer Batterie und mit einem Brennstoffzellensystem (10) zum Bereitstellen von elektrischer Energie für eine Fortbewegung des Brennstoffzellenfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellenfahrzeug eine Steuerungseinrichtung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, wenigstens einen dem Fortbewegen des Brennstoffzellenfahrzeugs dienenden Elektromotor derart anzusteuern, dass das Brennstoffzellenfahrzeug zunächst durch Nutzung von aus der Batterie stammender elektrischer Energie fortbewegt wird, und derart, dass durch das Brennstoffzellensystem (10) erst dann zumindest ein Teil der zum Fortbewegen des Brennstoffzellenfahrzeugs genutzten elektrischen Energie bereitgestellt wird, wenn ein Brennstoffzellenstapel (12) des Brennstoffzellensystems (10) eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat.