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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines zum Betrieb mit zumindest einer Brennstoffzellenanordnung geeigneten Fahrzeugs mit zumindest einer elektrischen Batterie.
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Aus dem Stand der Technik ist ein Verfahren zur Durchführung von Band-Ende-Tests während einer Produktion für eine Inbetriebnahme eines Fahrzeugs bekannt, wobei ein vollständig montiertes und mit Medien befülltes Fahrzeug geprüft wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Funktionsprüfung eines zum Betrieb mit zumindest einer Brennstoffzellenanordnung geeigneten Fahrzeugs anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einem Verfahren zur Funktionsprüfung eines Fahrzeugs mit zumindest einer Batterie, welches zum Betrieb mit zumindest einer Brennstoffzellenanordnung geeignet ist, werden erfindungsgemäß während der Funktionsprüfung zumindest mittels der Brennstoffzellenanordnung betreibbare Funktionen mittels der Batterie betrieben.
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Mittels des Verfahrens ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, Fahrzeuge mit einer alternativen Antriebstechnik, insbesondere Fahrzeuge mit einem Elektroantrieb oder Hybridantrieb, welche des Weiteren zumindest eine Brennstoffzellenanordnung aufweisen, in herkömmlichen Fahrzeugwerken und Produktionskonzepten herzustellen und in Betrieb zu nehmen. Hierbei können kostenoptimierte und aufwandsoptimierte Abläufe in den Fahrzeugwerken weiterhin genutzt werden, wobei die brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeuge keine zusätzlichen Installationen in einer Produktions- und/oder Prüflinie benötigen. Üblicherweise werden zur Inbetriebnahme der mittels alternativen Antriebs betriebenen Fahrzeuge separate Fahrzeugwerke und/oder Montage-, Produktions- und/oder Prüflinien aufgebaut, weil die herkömmlichen Fahrzeugwerke nicht für unterschiedliche Antriebe mit unterschiedlichen Energiequellen und/oder unterschiedlichen Betriebsstoffen ausgelegt sind. Dies ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich.
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Insbesondere ein Montage- und ein damit verbundener Zeitaufwand können aufgrund des Verfahrens verringert werden, da beispielsweise keine weitere Befüllung von zum Betrieb der Brennstoffzellenanordnung relevanten Medien für die Funktionsprüfung und keine weiteren Aufrüstungen einer Montagelinie notwendig sind.
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Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei zur Funktionsprüfung und Inbetriebnahme des Fahrzeugs brennstoffzellenbetreibbare Funktionen mittels der Batterie betrieben werden, können solche Fahrzeuge beispielsweise in einer Großserie hergestellt und in Betrieb genommen werden, beispielsweise zusammen mit herkömmlichen Verbrennungsmotor- und/oder Hybridfahrzeugen. Durch das Verfahren verursacht die Produktion derartiger Brennstoffzellenfahrzeuge keine Störungen in der Produktion der herkömmlichen Verbrennungsmotor- und/oder Hybridfahrzeuge.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch ein Blockschaltbild eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs und
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2 schematisch ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Funktionsprüfung eines Fahrzeugs.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Antriebsstrangs A eines Fahrzeugs 1 mit zumindest einer elektrischen Batterie 2, welche beispielsweise als eine so genannte Hochvoltbatterie ausgebildet und zur Energieversorgung eines elektrischen Antriebsmotors 5 des Fahrzeugs 1 vorgesehen ist. Der Antriebsstrang A ist für ein elektrisches Bordnetz B1, B2, welches ein Teilbordnetz B1 der Batterie 2 und ein Teilbordnetz B2 einer Brennstoffzellenanordnung 3 umfasst, vorgesehen.
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Das Bordnetz B1, B2 versorgt elektrische Komponenten des Fahrzeugs 1 mit elektrischer Energie.
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Das Teilbordnetz B1 umfasst die Batterie 2 mit einer vorgegebenen Anzahl von elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten nicht näher gezeigten Einzelzellen, sowie den elektrischen Antriebsmotor 5 und elektrische Nebenaggregate für den batterieelektrischen Betrieb des Fahrzeugs 1, welche im dargestellten schematischen Ausführungsbeispiel in einer Nebenaggregatanordnung 6 zusammengefasst sind. Die Nebenaggregatanordnung 6 umfasst beispielsweise einen elektrischen Bremskraftverstärker, einen Kältemittelverdichter, eine elektrisch betriebene Servolenkung und/oder eine Hydraulikpumpe. Alternativ oder zusätzlich können weitere elektrische und/oder elektronische Komponenten im Teilbordnetz B1 vorgesehen sein.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug 1 zum Betrieb mit einer im Teilbordnetz B2 angeordneten Brennstoffzellenanordnung 3, umfassend eine vorgegebene Anzahl von Brennstoffzellen, geeignet. Die beiden Teilbordnetze B1, B2 sind derart ausgebildet, dass sie miteinander elektrisch koppelbar und voneinander elektrisch entkoppelbar sind.
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Zur Kopplung und Entkopplung der beiden Teilbordnetze B1, B2 ist beispielsweise zumindest eine elektrisch leitende Schalteinheit, insbesondere ein Schütz und/oder ein Schützschalter, zur Herstellung einer Verbindung der der beiden Teilbordnetze B1, B2 vorgesehen.
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Die Brennstoffzellenanordnung 3 ist insbesondere aus einer Anzahl von galvanischen Zellen gebildet, die eine chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffs mit zumindest einem Oxidationsstoff in elektrisch nutzbare Energie umwandeln. Die umgewandelte Energie ist hierbei der Batterie 2 und/oder einem elektrischen Antriebsmotor 5 zur Nutzung der Energie zuführbar.
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Mit der Brennstoffzellenanordnung 3 ist beispielsweise ein Wasserstofftank 4 (H2-Tank) verbunden, welcher zur Energieerzeugung mittels chemischer Reaktionen und/oder Verbrennung der gespeicherten Energie der Brennstoffzellenanordnung 3 Wasserstoff der Brennstoffzellenanordnung 3 zuführt.
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Die Brennstoffzellenanordnung 3 ist dabei während ihres Betriebs mittels eines Kühlmediums eines Kühlmittelkreislaufs K2 abkühlbar. Ein weiterer Kühlmittelkreislauf K1, welcher von dem anderen Kühlmittelkreislauf K2 unabhängig ist, ist zur Abkühlung der von der Brennstoffzellenanordnung 3 unabhängigen Komponenten vorgesehen, insbesondere zur Kühlung der Batterie 2, des elektrischen Antriebsmotors 5 und der Nebenaggregatanordnung 6. Da die beiden Kühlmittelkreisläufe K1, K2 voneinander unabhängig sind und mittels separater Kühlmittelpumpen P1, P2 betreibbar sind, ist eine unabhängige Kühlung der Brennstoffzellenanordnung 3 und insbesondere eine unabhängige Kühlung des elektrischen Antriebsmotors 5, der Nebenaggregatanordnung 6 und der Batterie 2 ermöglicht.
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Alternativ oder zusätzlich zur Brennstoffzellenanordnung 3 können auch andere Energiequellen vorgesehen sein.
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Bevorzugt ist die Batterie 2 des Fahrzeugs 1 eine Hochvolt-Batterie, die derart ausgebildet und im Teilbordnetz B1 der Batterie 2 angeordnet ist, dass zumindest eine Mehrzahl von elektrischen Komponenten im Teilbordnetz B1 mit elektrischer Energie der Batterie 2 versorgbar ist.
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Mit dem in diesem Ausführungsbeispiel optimierten Antriebsstrang A ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, ein in 2 dargestelltes Verfahren zur Funktionsprüfung F eines zum Betrieb mit der zumindest einen Brennstoffzellenanordnung 3 geeigneten Fahrzeugs 1 mit zumindest einer elektrischen Batterie 2 durchzuführen. Hierbei werden während der Funktionsprüfung F zumindest mittels der Brennstoffzellenanordnung 3 betreibbare Funktionen mittels der Batterie 2 betrieben.
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Üblicherweise werden zur Inbetriebnahme der mit einer Brennstoffzellenanordnung 3 betriebenen Fahrzeuge 1 separate Fahrzeugwerke W und/oder Montage-, Produktions- und/oder Prüflinien aufgebaut, weil die herkömmlichen Fahrzeugwerke W nicht für unterschiedliche Antriebe mit unterschiedlichen Energiequellen und/oder unterschiedlichen Betriebs- und Brennstoffen ausgelegt sind. Dies ist mit einem hohen Zeit- und Montageaufwand verbunden. Um den Zeit- und Montageaufwand zu verringern, ist das Verfahren zur Funktionsprüfung F in Verbindung mit dem in 1 gezeigten Antriebsstrang A vorgesehen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Verfahren zur Funktionsprüfung F in Verbindung mit einem von dem aufgeführten Antriebsstrang A abweichenden Antriebsstrang möglich. Erforderlich ist lediglich, dass alle Komponenten des Fahrzeugs 1, deren Funktionsprüfung F erforderlich ist, mittels der Batterie 2 betreibbar sind und eine alternative Energiequelle, im dargestellten Beispiel die Brennstoffzellenanordnung 3, zumindest für einen vorgegebenen Zeitraum nicht erforderlich ist.
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Mittels des Verfahrens ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, Fahrzeuge 1 mit alternativer Antriebstechnik, insbesondere einem Elektroantrieb, einem Hybridantrieb und/oder mit alternativen Kraftstoffen und/oder mit Brennstoffzellen, in herkömmlichen Fahrzeugwerken W mit herkömmlichen Produktionskonzepten herzustellen und in Betrieb zu nehmen.
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Wie in 2 gezeigt, wird das Fahrzeug 1, welches zum Betrieb mit zumindest einer Brennstoffzellenanordnung 3 geeignet ist, in einer Montage M hergestellt. Dies kann vollständig in Großserienproduktion, beispielsweise zusammen mit herkömmlichen Verbrennungsmotor- und/oder Hybridfahrzeugen erfolgen.
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Das Fahrzeug 1 wird dabei auch mit zum Betrieb der Batterie 2 vorgesehenen Medien befüllt.
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Anschließend wird die Funktionsprüfung F durchgeführt, wobei beispielsweise elektronische und/oder elektrische Komponenten, beispielsweise Bremsen, Beleuchtung und/oder Kontrollleuchten, Lenkung und/oder der Kältemittelverdichter, geprüft werden. Die Inbetriebnahme des Fahrzeugs 1 erfolgt hierbei nur im batterieelektrischen Betrieb, ohne einen Betrieb der Brennstoffzellenanordnung 3. Die Brennstoffzellenanordnung 3 kann hierbei beispielsweise bereits im Fahrzeug 1 verbaut sein, jedoch beispielsweise noch ohne die zu ihrem Betrieb erforderlichen Reaktionsmedien, oder sie ist noch nicht verbaut. Diese Funktionsprüfung F wird auch als Bandendeprüfung bezeichnet, da sie am Ende eines Produktionsbandes bzw. eines Produktionsprozesses des Fahrzeugs 1 durchgeführt wird.
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Nach der Funktionsprüfung F wird das Fahrzeug 1, falls keine Komponenten zum alternativen Antrieb eingebaut werden sollen, zur Auslieferung V bereitgestellt.
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Wenn beispielsweise das Fahrzeug 1 die Brennstoffzellenanordnung 3 umfassen soll und als ein zum Betrieb mit einem alternativen Antrieb betriebenes Fahrzeug 1 ausgebildet ist, erfolgt eine Überführung T in einen weiteren Fahrzeugwerksteil W1. Im Fahrzeugwerksteil W1 wird eine Inbetriebnahme I der Brennstoffzellenanordnung 3 durchgeführt. Hierbei wird das Fahrzeug 1 mit zum Betrieb der Brennstoffzellenanordnung 3 vorgesehenen Medien befüllt. Ist die Brennstoffzellenanordnung 3 noch nicht im Fahrzeug 1 eingebaut, so kann sie in diesem weiteren Fahrzeugwerksteil W1 eingebaut werden.
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Das Fahrzeugwerksteil W1 ist als Werksteil mit Möglichkeiten zur Handhabung von brennstoffzellenspezifischen Betriebsmitteln und/oder Brennstoffen, beispielsweise Wasserstoff, ausgebildet. Somit ist keine vollständig separate Produktionsstätte zur Herstellung des ganzen Fahrzeugs 1 erforderlich, sondern lediglich ein zusätzliches Fahrzeugwerksteil W1 für brennstoffzellenspezifische Vorgänge, welche im herkömmlichen Herstellungsprozess des Fahrzeugs 1 nicht erforderlich sind.
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Nach Inbetriebnahme I der Brennstoffzellenanordnung 3 des Fahrzeugs 1 wird das Fahrzeug 1 zur Auslieferung V bereitgestellt.
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Mittels der Verwendung der elektrischen Energie der Batterie 2 des Fahrzeugs 1 zur Funktionsprüfung F und Inbetriebnahme des Fahrzeugs 1 wird zumindest ein Produktionsprozess und/oder zumindest ein Band-Ende-Test und/oder die Funktionsprüfung F unterstützt. Weiterhin wird eine Grundinbetriebnahme unterschiedlicher Antriebsstrangkonzepte, beispielsweise eines Elektroantriebs, eines Reichweitenverlängerers (Range Extender) mit einem Verbrennungsmotor, eines Reichweitenverlängerers mit einer Brennstoffzellenanordnung 3 und/oder einer Brennstoffzellenanordnung 3 mit einem Steckdosenhybridfahrzeug (Plug-in-Hybrid), mittels der Verwendung der elektrischen Energie der Batterie 2 zur Funktionsprüfung F innerhalb eines bestehenden Produktionsprozesses ermöglicht.
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Im beschriebenen Beispiel wird die Funktionsprüfung F während einer Herstellung des Fahrzeugs 1 und vor der vollständigen Inbetriebnahme des Fahrzeugs 1 durchgeführt, insbesondere vor der Inbetriebnahme I der Brennstoffzellenanordnung 3. Dabei kann die Brennstoffzellenanordnung 3 bereits im Fahrzeug 1 verbaut sein, oder die Funktionsprüfung F wird vor dem Einbau der Brennstoffzellenanordnung 3 in das Fahrzeug 1 durchgeführt.
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Ebenfalls in 2 dargestellt, ist ein Verlauf eines Zustands Z, insbesondere ein Verbrauch der elektrischen Energie, der elektrischen Batterie 2 von der Montage M bis zur Inbetriebnahme des Fahrzeugs 1, d. h. ein Ladezustand L der Batterie 2 ist im Zeitverlauf t ersichtlich, wobei der Ladezustand der Batterie 2 während der Montage M des Fahrzeugs 1 und/oder während der Funktionsprüfung F und/oder während der Überführung T stetig abnimmt, da die Batterie 2 aufgrund der noch nicht betriebenen Brennstoffzellenanordnung 3 nicht nachgeladen wird. Während der Inbetriebnahme I der Brennstoffzellenanordnung 3 wird die Batterie 2 dann mittels der Brennstoffzellenanordnung 3 nachgeladen. Um das Verfahren durchführen zu können, ist es daher erforderlich, dass die Batterie 2 derart groß dimensioniert ist, dass der Energiegehalt der Batterie bis zur Inbetriebnahme I der Brennstoffzellenanordnung 3 ausreicht.
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Während der Inbetriebnahme I der Brennstoffzellenanordnung 3 wird die elektrische Batterie 2 des Fahrzeugs 1 nachgeladen und weitere Energiequellen in Betrieb genommen. Ein so genannter Rollenprüfstand, bei dem eine Leistungsmessung anhand einer Übertragung von Rädern auf einer Rolle erfolgt, wird aufgrund des optimierten Antriebsstrangs A nicht durchgeführt, da beispielsweise der elektrische Antriebsmotor 5 für die Inbetriebnahme I der Brennstoffzellenanordnung 3 nicht betrieben wird. Zumindest ein Aufwand für die Inbetriebnahme I der Brennstoffzellenanordnung 3 wird hierbei reduziert.
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In vorteilhafter Weise ist es mittels des Verfahrens möglich, die Produktion und/oder die Funktionsprüfung F in optimierter und weitestgehend effizienter Art und Weise in Produktionsabläufe herkömmlicher Fahrzeuge zu integrieren. Dies betrifft insbesondere eine getrennte Inbetriebnahme des Fahrzeugs 1, zunächst nur die elektrische Batterie 2, und eine darauf folgende Inbetriebnahme I der Brennstoffzellenanordnung 3. Aufgrund der getrennten und mehrstufigen Inbetriebnahme des Fahrzeugs 1 kann flexibel auf unterschiedliche Standorte zugegriffen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Batterie
- 3
- Brennstoffzellenanordnung
- 4
- Wasserstofftank
- 5
- elektrischer Antriebsmotor
- 6
- Nebenaggregatanordnung
- A
- Antriebsstrang
- B1, B2
- Bordnetz, Teilbordnetz
- F
- Funktionsprüfung
- K1, K2
- Kühlmittelkreislauf
- W
- Fahrzeugwerk
- W1
- Fahrzeugwerksteil
- M
- Montage
- V
- Auslieferung
- I
- Inbetriebnahme der Brennstoffzellenanordnung
- T
- Überführung
- Z
- Zustand
- P1, P2
- Kühlmittepumpe
- L
- Ladezustand
- t
- Zeitverlauf
