DE102016206495A1 - Motor vehicle and method for operating a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die hier offenbarte Technologie umfasst ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug mindestens einen kryogenen Druckbehälter, mindestens eine Brennstoffzelle und mindestens einer elektrischen Speichereinrichtung aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte: 1) Ermitteln einer zukünftigen Standzeit des Kraftfahrzeuges; und 2) Verändern des Ladezustandes der Speichereinrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Standzeit des Kraftfahrzeuges vor Beginn der Standzeit.The technology disclosed here comprises a motor vehicle and a method for operating a motor vehicle, wherein the motor vehicle has at least one cryogenic pressure vessel, at least one fuel cell and at least one electrical storage device. The method comprises the steps of: 1) determining a future life of the motor vehicle; and 2) changing the state of charge of the storage device as a function of the determined service life of the motor vehicle before the start of the service life.

Description

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug mindestens einen kryogenen Druckbehälter, mindestens eine Brennstoffzelle und mindestens einen Hochvoltspeicher aufweist.The technology disclosed herein relates to a motor vehicle and a method for operating a motor vehicle, wherein the motor vehicle has at least one cryogenic pressure vessel, at least one fuel cell and at least one high-voltage storage.

Kryogene Druckbehälter sind aus dem Stand der Technik bekannt. Kryogene Druckbehälter werden bspw. für Kraftfahrzeuge eingesetzt, in denen ein unter Druck stehender gasförmiger Brennstoff im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand gespeichert wird. Die Druckbehälter bedürfen daher einer extrem guten thermischen Isolation, um den unerwünschten Wärmeeinfall in das kryogen gespeicherte Medium so weit wie möglich zu verhindern. Es sind daher hochwirksame Isolationshüllen (z. B. Vakuumhüllen) vorgesehen. Beispielsweise offenbart die EP 1 546 601 B1 einen solchen Druckbehälter.Cryogenic pressure vessels are known in the art. Cryogenic pressure vessels are used, for example, for motor vehicles, in which a pressurized gaseous fuel is stored in the liquid or supercritical state of aggregation. The pressure vessels therefore require extremely good thermal insulation in order to prevent the unwanted heat input into the cryogenically stored medium as much as possible. Therefore, highly effective insulation sheaths (eg vacuum envelopes) are provided. For example, the EP 1 546 601 B1 such a pressure vessel.

Trotz guter thermischer Isolation erwärmt sich der gespeicherte Brennstoff bei längerer Standzeit langsam. Dabei steigt zeitgleich der Druck im Druckbehälter langsam an. Wird ein Grenzdruck überschritten, so muss der Brennstoff über geeignete Sicherheitseinrichtungen entweichen, um eine Schädigung des kryogenen Druckbehälters zu vermeiden, was auch als Abblasen bezeichnet werden kann. Hierzu werden druckbetätigte Entlastungsventile eingesetzt, die ein schrittweises Entweichen des Mediums erlauben. Den Entlastungsventilen nachgeschaltet kann beispielsweise ein sogenanntes Blow-Off Management-System bzw. Boil-Off-Management-System (nachstehend: BMS) zum Einsatz kommen. Der Begriff „Abblasen” umfasst dabei das Ausströmen von Brennstoff in die Umgebung und alternativ oder zusätzlich das Umwandeln des Brennstoffs durch eine chemische Reaktion, beispielsweise in einem katalytischen Konverter oder aber in einer Brennstoffzelle.Despite good thermal insulation, the stored fuel heats up slowly with a longer service life. At the same time, the pressure in the pressure vessel rises slowly. If a limit pressure is exceeded, the fuel must escape via suitable safety devices in order to avoid damage to the cryogenic pressure vessel, which can also be referred to as blow-off. For this purpose, pressure-operated relief valves are used, which allow a gradual escape of the medium. Downstream of the relief valves, for example, a so-called blow-off management system or boil-off management system (hereinafter BMS) can be used. The term "blowing off" here comprises the outflow of fuel into the environment and, alternatively or additionally, the conversion of the fuel by a chemical reaction, for example in a catalytic converter or in a fuel cell.

Die DE 102 021 72 A1 offenbart ein Brennstoffzellensystem, bei dem das Boil-off Gas in einer Phase der Nichtbenutzung des Kraftfahrzeuges einer Brennstoffzelle zugeführt wird. Die während der Nichtbenutzung vom Brennstoffzellensystem umgewandelte Energie kann in einer Batterie gespeichert werden. Ist die Batterie voll aufgeladen, muss die von der Brennstoffzelle während der Phase der Nichtbenutzung des Kraftfahrzeuges erzeugte Energie durch andere elektrische Verbraucher umgewandelt werden, ohne dass diese umgewandelte Energie sinnvoll genutzt wird.The DE 102 021 72 A1 discloses a fuel cell system in which the boil-off gas is supplied to a fuel cell in a phase of non-use of the motor vehicle. The energy converted by the fuel cell system during non-use can be stored in a battery. When the battery is fully charged, the energy produced by the fuel cell during the non-use phase of the motor vehicle must be converted by other electrical loads without meaningfully utilizing this converted energy.

Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Effizienz des Brennstoffzellensystems weiter zu verbessern. Weitere Aufgaben ergeben sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is an object of the technology disclosed herein to reduce or eliminate the disadvantages of the prior art solutions. In particular, it is an object of the technology disclosed herein to further improve the efficiency of the fuel cell system. Other objects arise from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The object (s) is / are solved by the subject matter of claim 1. The dependent claims are preferred embodiments.

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug mindestens einen kryogenen Druckbehälter, mindestens eine Brennstoffzelle und mindestens einen Hochvoltspeicher aufweist.The technology disclosed here relates to a method for operating a motor vehicle, wherein the motor vehicle has at least one cryogenic pressure vessel, at least one fuel cell and at least one high-voltage accumulator.

Die mindestens eine Brennstoffzelle dient zur Bereitstellung der Energie für mindestens eine Antriebsmaschine zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. Bevorzugt handelt es sich um eine Brennstoffzelle mit einer Proton Exchange Membrane (PEM). In der Regel sind mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel bzw. Stack zusammengefasst.The at least one fuel cell serves to provide the energy for at least one drive machine for locomotion of the motor vehicle. It is preferably a fuel cell with a proton exchange membrane (PEM). As a rule, several fuel cells are combined to form a fuel cell stack or stack.

Der kryogene Druckbehälter kann Brennstoff im flüssigen oder überkritischen Aggregatszustand speichern. Als überkritischer Aggregatszustand wird ein thermodynamischer Zustand eines Stoffes bezeichnet, der eine höhere Temperatur und einen höheren Druck als der kritische Punkt aufweist. Der kritische Punkt bezeichnet den thermodynamischen Zustand, bei dem die Dichten von Gas und Flüssigkeit des Stoffes zusammenfallen, dieser also einphasig vorliegt. Während das eine Ende der Dampfdruckkurve in einem p-T-Diagramm durch den Tripelpunkt gekennzeichnet ist, stellt der kritische Punkt das andere Ende dar. Bei Wasserstoff liegt der kritische Punkt bei 33,18 K und 13,0 bar. Ein kryogener Druckbehälter ist insbesondere geeignet, den Brennstoff bei Temperaturen zu speichern, die deutlich unter der Betriebstemperatur (gemeint ist der Temperaturbereich der Fahrzeugumgebung, in dem das Fahrzeug betrieben werden soll) des Kraftfahrzeuges liegen, beispielsweise mind. 50 Kelvin, bevorzugt mindestens 100 Kelvin bzw. mindestens 150 Kelvin unterhalb der Betriebstemperatur des Kraftfahrzeuges (i. d. R. ca. –40°C bis ca. +85°C). Der Brennstoff kann beispielsweise Wasserstoff sein, der bei Temperaturen von ca. 34 K bis 360 K im kryogenen Druckbehälter gespeichert wird. Der kryogene Druckbehälter kann insbesondere einen Innenbehälter umfassen, der ausgelegt ist für max. Betriebsdrücke (MOPs) bis ca. 350 barü (= Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck), bevorzugt bis ca. 500 barü, und besonders bevorzugt bis ca. 700 barü. Im Innenbehälter ist der Brennstoff gespeichert. Ein Außenbehälter umschließt den Innenbehälter.The cryogenic pressure vessel may store fuel in the liquid or supercritical state. A supercritical state of aggregation is a thermodynamic state of a substance which has a higher temperature and a higher pressure than the critical point. The critical point denotes the thermodynamic state in which the densities of gas and liquid of the substance coincide, that is, it is single-phase. While one end of the vapor pressure curve in a p-T diagram is indicated by the triple point, the critical point represents the other end. For hydrogen, the critical point is 33.18 K and 13.0 bar. A cryogenic pressure vessel is particularly suitable for storing the fuel at temperatures significantly below the operating temperature (meaning the temperature range of the vehicle environment in which the vehicle is to be operated) of the motor vehicle, for example at least 50 Kelvin, preferably at least 100 Kelvin or At least 150 Kelvin below the operating temperature of the motor vehicle (usually about -40 ° C to about + 85 ° C). The fuel may be, for example, hydrogen, which is stored at temperatures of about 34 K to 360 K in the cryogenic pressure vessel. The cryogenic pressure vessel may in particular comprise an inner container which is designed for max. Operating pressures (MOPs) up to about 350 barü (= overpressure relative to the atmospheric pressure), preferably up to about 500 barü, and particularly preferably up to about 700 barü. The fuel is stored in the inner container. An outer container encloses the inner container.

Der Druckbehälter kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, das beispielsweise mit komprimiertem („Compressed Natural Gas” = CNG) oder verflüssigtem (LNG) Erdgas oder mit Wasserstoff betrieben wird.The pressure vessel can be used in a motor vehicle, for example, with compressed ("compressed natural gas" = CNG) or liquefied (LNG) natural gas or with hydrogen.

Die elektrische Speichereinrichtung dient zur Speicherung von elektrischer Energie. Die elektrische Speichereinrichtung kann beispielsweise eine Traktionsbatterie und/oder eine Starterbatterie sein. Bevorzugt ist die elektrische Speichereinrichtung ein Hochvoltspeicher. Ein Hochvoltspeicher ist dabei eine Speichereinrichtung mit einer Ruhespannung von mehr als 60 Volt.The electrical storage device serves to store electrical energy. The electrical storage device may be, for example, a traction battery and / or a starter battery. Preferably, the electrical storage device is a high-voltage storage. A high-voltage storage is a memory device with a rest voltage of more than 60 volts.

Das hier offenbarte Verfahren umfasst die Schritte:

  • – Ermitteln einer zukünftigen Standzeit des Kraftfahrzeuges; und
  • – Verändern des Ladezustandes der Speichereinrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Standzeit des Kraftfahrzeuges vor Beginn der Standzeit.
The method disclosed here comprises the steps:
  • - Determining a future life of the motor vehicle; and
  • - Changing the state of charge of the memory device as a function of the determined service life of the motor vehicle before the beginning of the service life.

Der Ladezustand (engl. State of Charge, SoC) der Speichereinrichtung gibt an, zu welchen Prozentsatz die Speichereinrichtung geladen ist. Er ist somit ein Maß für die zusätzliche Ladekapazität und für die Menge an elektrischer Energie, die die Speichereinrichtung abgeben kann.The state of charge (SoC) of the storage device indicates what percentage of the storage device is loaded. It is thus a measure of the additional charge capacity and the amount of electrical energy that can be given by the storage device.

Die Standzeit ist die Dauer der inaktiven Phase des Kraftfahrzeuges. Also die Phase der Nichtbenutzung und insbesondere ein längeres Zeitintervall, während dessen das Kraftfahrzeug vom Fahrzeugführer aktiv keine Anweisung erhält, die das Betreiben der Brennstoffzelle bzw. des Kraftfahrzeuges erfordert. Die Standzeit ist insbesondere die Abstellzeit bzw. Parkzeit des Kraftfahrzeuges. Bzgl. des Blow-Off Management wichtig ist insbesondere das Parken des Kraftfahrzeuges über einen längeren Zeitraum. Während einer solchen Standzeit fordert i. d. R. keine Fahrzeugkomponente – außer den Komponenten des Brennstoffzellensystems einschließlich des kryogenen Druckbehältersystems – Energie von der Brennstoffzelle aktiv an. Anders ausgedrückt handelt es sich bei der Standzeit um einen Zeitabschnitt, in dem das Brennstoffzellensystem mit Blick auf andere elektrische Verbraucher des Kraftfahrzeuges ausgeschaltet bleiben könnte, wenn nicht abzulassender Brennstoff zu entsorgen wäre.The service life is the duration of the inactive phase of the motor vehicle. So the phase of non-use and in particular a longer time interval during which the motor vehicle actively receives no instruction from the driver, which requires the operation of the fuel cell or the motor vehicle. The service life is in particular the parking time or parking time of the motor vehicle. Concerning. the blow-off management is particularly important the parking of the vehicle over a longer period. During such a lifetime i. d. R. no vehicle component - except the components of the fuel cell system including the cryogenic pressure vessel system - active energy from the fuel cell. In other words, the service life is a period of time in which the fuel cell system could remain switched off with regard to other electrical consumers of the motor vehicle if fuel that was not to be discharged were to be disposed of.

Die Standzeit wird bevorzugt ermittelt unter Berücksichtigung von mindestens einer Navigationsinformation, mindestens einer Benutzereingabe und/oder mindestens einer Benutzerinformation.The service life is preferably determined taking into account at least one navigation information, at least one user input and / or at least one user information.

Der Benutzer, z. B. der Fahrzeugführer, kann beispielsweise die Standzeit des Kraftfahrzeuges manuell eingeben. Ferner kann vorgesehen sein, dass anhand von Benutzerinformationen die Standzeit ermittelt wird, beispielsweise aus Kalendereinträgen des Fahrzeugführers. Sofern im Kalender am Abstellort ein Termin von zwei Stunden eingetragen ist, nimmt das Kraftfahrzeug eine Standzeit von zwei Stunden an.The user, e.g. As the driver, for example, enter the life of the motor vehicle manually. Furthermore, it can be provided that the service life is determined on the basis of user information, for example from calendar entries of the vehicle driver. If an appointment of two hours is entered in the calendar at the place of storage, the motor vehicle assumes a service life of two hours.

Bevorzugt kann das hier offenbarte Verfahren den Schritt umfassen, wonach der Fahrzeugführer identifiziert wird, beispielsweise anhand des Fahrzeugschlüssels, des vom Fahrer vorgewählten Profils (z. B. im Kraftfahrzeug abgespeicherte Fahrereinstellungen), des Mobiltelefons, etc.Preferably, the method disclosed here may comprise the step of identifying the vehicle driver, for example by means of the vehicle key, the driver preselected profile (eg driver settings stored in the motor vehicle), the mobile telephone, etc.

Eine Navigationsinformation kann beispielsweise ein früherer Abstellort des Kraftfahrzeuges und/oder ein Routenziel sein, an welchem das Kraftfahrzeug abgestellt wird. Eine Navigationsinformation kann aber auch unabhängig von einer Routennavigation ermittelt werden, beispielsweise anhand von Kalendereinträgen und/oder anhand von Korrespondenz zu Reservierungen, etc. Wurde beispielsweise ein Abstellplatz für einen Parkplatz für Langzeitparker an einem Flughafen reserviert, so kann auch ohne Eingabe des Routenziels ermittelt werden, dass das Kraftfahrzeug demnächst auf dem Weg zum Langzeitparkplatz ist. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise anhand der tatsächlich zurückgelegten Route erkennen, ob der Fahrer tatsächlich auch auf dem Weg zum Flughaften ist.Navigation information can be, for example, a former parking location of the motor vehicle and / or a route destination at which the motor vehicle is parked. However, navigation information can also be determined independently of a route navigation, for example based on calendar entries and / or on the basis of correspondence to reservations, etc. If, for example, a parking space for a parking space for long-term parkers at an airport was reserved, then it is possible to determine without entering the route destination in that the motor vehicle is soon en route to the long-term parking space. By way of example, the motor vehicle can recognize from the actually traveled route whether the driver is actually also on the way to the airport.

Auf dem Weg zum Abstellort (z. B. Langzeitparkplatz) wird dann der Ladezustand der Speichereinrichtung entsprechend angepasst. Anhand der Information über den Abstellort (z. B. Langzeitparkplatz) kann die Steuerung des Kraftfahrzeuges ableiten, dass eine vergleichsweise lange Standzeit (z. B. größer 7 Tage) wahrscheinlich ist. Dementsprechend gering kann der max. Ladezustand bzw. Grenz-Ladezustand zu Beginn der Standzeit gewählt werden und dementsprechend viel Antriebsleistung kann auf dem Weg zum Parkplatz von der elektrischen Speichereinrichtung an den elektrischen Traktionsmotor abgegeben werden. Somit kann die Speichereinrichtung bis zum Abstellen des Kraftfahrzeuges in dem Maße entladen werden, dass die aus abzublasendem Brennstoff während der Standzeit in der Brennstoffzelle umgewandelte elektrische Energie in der elektrischen Speichereinrichtung gespeichert werden kann.On the way to the Abstellort (eg., Long-term parking) then the state of charge of the storage device is adjusted accordingly. On the basis of the information about the storage location (eg long-term parking space), the control of the motor vehicle can deduce that a comparatively long service life (eg greater than 7 days) is probable. Accordingly low, the max. Charging state or limit state of charge can be selected at the beginning of the service life and accordingly a lot of drive power can be delivered on the way to the parking lot of the electrical storage device to the electric traction motor. Thus, the memory device can be discharged to the parking of the motor vehicle to the extent that the auszublasendem fuel during the service life in the fuel cell converted electrical energy can be stored in the electrical storage device.

Auch kann der Benutzer direkt den Abstellort dem Kraftfahrzeug mitteilen, ohne dazu eine Routennavigation zu starten. Auch direkte Eingabe der Standzeit durch den Benutzer ist hier als eine Ermittlung der Standzeit anzusehen.Also, the user can communicate directly to the parking place the motor vehicle, without having to start a route navigation. Direct input of the service life by the user is to be regarded here as a determination of the service life.

Bevorzugt können in einem elektronischen Speicher frühere Abstellorte des Kraftfahrzeuges sowie jeweils die früheren Standzeiten an diesen früheren Abstellorten gespeichert werden. Mit anderen Worten wird also eine Datenbank angelegt, aus der hervor geht, wie lange das Kraftfahrzeug durchschnittlich an den verschiedenen früheren bzw. vergangenen Abstellorten abgestellt wurde. Bevorzugt kann aus den zu einem bisherigen Abstellort gehörenden früheren Standzeiten die zukünftige Standzeit für diesen Abstellort ermittelt werden. Mit anderen Worten ist das hier offenbarte Verfahren ein lernfähiges Verfahren, das basierend auf bisherigen Standzeiten eine zukünftige Standzeit generiert.Preference can be stored in an electronic memory earlier Abstellorte of the motor vehicle and each of the earlier lives at these former Abstellorten. In other words, a database is created which shows how long the motor vehicle has lasted on average at the various previous or has been turned off. Preferably, the future service life for this Abstellort can be determined from belonging to a previous Abstellort earlier service life. In other words, the method disclosed herein is an adaptive method that generates future life based on previous life.

Bevorzugt können neben der Standzeit auch die genaue Uhrzeit und der Fahrzeugführer gespeichert werden. Besonders vorteilhaft kann neben einer Navigationsinformation gleichzeitig auch eine Benutzerinformation zur Bestimmung der zukünftigen Standzeit herangezogen werden. Falls beispielsweise als Abstellort die Adresse eines Fitnesscenters eingegeben wird, so kann beispielsweise fahrzeugführerspezifisch eine Standzeit ermittelt werden, falls unterschiedliche Fahrzeugführer unterschiedlich lang trainieren.Preferably, in addition to the service life, the exact time and the driver can be saved. In addition to navigation information, it is particularly advantageous to simultaneously use user information to determine the future service life. If, for example, the address of a fitness center is entered as the place of parking, it is possible, for example, to determine a service life specifically for the vehicle driver if different drivers train for different lengths of time.

Gemäß dem hier offenbarten Verfahren kann der Ladezustand der Speichereinrichtung in Abhängigkeit von mindestens einer Zustandsgröße des Druckbehälters verändert werden. Bevorzugt können hierzu die Zustandsgrößen Innenbehälterinnendruck und Innenbehältertemperatur herangezogen werden. Es können aber auch andere den Füllstand des Druckbehälters charakterisierende Größen herangezogen werden, die beispielsweise eine Abschätzung ermöglichen, ob und wieviel Brennstoff abgeblasen werden muss. Denkbar sind hier neben der direkten Messung der Dichte des Brennstoffs auch das para/ortho-Verhältnis (speziell im Fall des Wasserstoffs), der aktuelle Wärmeeintritt in den Tank oder die Qualität des isolierenden Vakuums. Insbesondere sind auch historische Druckaufbaukurven nützlich, um auf das aktuelle Druckaufbauverhalten und damit die zu erwartende Abblasemenge in einem bestimmten Zeitintervall vorherzusagen.According to the method disclosed here, the state of charge of the storage device can be changed as a function of at least one state variable of the pressure vessel. Preferably, the state variables inner container internal pressure and inner container temperature can be used for this purpose. However, it is also possible to use other variables characterizing the fill level of the pressure vessel which, for example, make it possible to estimate whether and how much fuel has to be blown off. Besides the direct measurement of the density of the fuel, the para / ortho ratio (especially in the case of hydrogen), the current heat input into the tank or the quality of the insulating vacuum are also conceivable. In particular, historical pressure buildup curves are useful to predict the current pressure buildup behavior and thus the expected blowdown rate in a particular time interval.

Gemäß dem hier offenbarten Verfahren kann der Ladezustand der Speichereinrichtung derart verändert werden, dass die Speichereinrichtung zu Beginn der Standzeit einen Ladezustand aufweist, der unterhalb eines maximalen Ladezustands bzw. Grenz-Ladezustand zu Beginn der Standzeit liegt, wobei der maximale Ladezustand bestimmt wird durch die Standzeit des Kraftfahrzeuges und bevorzugt zusätzlich durch mindestens eine Zustandsgröße des Druckbehälters.According to the method disclosed here, the state of charge of the storage device can be changed such that the storage device at the beginning of the service life has a charge state that is below a maximum state of charge or limit state of charge at the beginning of the service life, wherein the maximum state of charge is determined by the service life of the motor vehicle and additionally preferably by at least one state variable of the pressure vessel.

In einer Ausgestaltung können verschiedenen Standzeiten lediglich feste Grenz-Ladezustände zugeordnet sein. Ein solcher Algorithmus ist vergleichsweise einfach aufgebaut. Bevorzugt kann aber auch die tatsächlich abzublasende Menge des Druckbehälters berücksichtigt werden. Besonders bevorzugt umfasst das Verfahren die Schritte:

  • – Ermitteln der Menge an abzublasenden Brennstoff, die während der Standzeit aus dem Druckbehälter abzublasen ist; und
  • – Ermitteln des Grenz Ladezustands den die Speichereinrichtung zu Beginn der Standzeit aufweisen darf, wobei der Grenz-Ladezustand aus der Menge an abzublasenden Brennstoff approximiert wird.
In one embodiment, different service lives can be assigned only fixed limit charge states. Such an algorithm is relatively simple. Preferably, however, the amount of the pressure vessel to be blown off can also be taken into account. Particularly preferably, the method comprises the steps:
  • - Determining the amount of fuel to be discharged, which is to be blown out of the pressure vessel during the service life; and
  • - Determining the limit state of charge which the storage device may have at the beginning of the service life, wherein the limit state of charge is approximated from the amount of fuel to be discharged.

Bevorzugt kann das hier offenbarte Verfahren die Schritte umfassen:

  • – Betreiben der mindestens einen Brennstoffzelle während der Standzeit, wenn der Druck in dem Druckbehälter über einem Druckbehältergrenzdruck liegt; und
  • – Speichern der mit der mindestens einen Brennstoffzelle während der Standzeit generierten elektrischen Energie in der mindestens einen Speichereinrichtung.
Preferably, the method disclosed herein may comprise the steps of:
  • - Operating the at least one fuel cell during the service life, when the pressure in the pressure vessel is above a pressure vessel boundary pressure; and
  • - Storing the generated with the at least one fuel cell during the lifetime electrical energy in the at least one storage device.

Das hier offenbarte Kraftfahrzeug umfasst ferner mindestens ein Steuergerät, das ausgebildet ist, das bzw. die hier offenbarten Verfahren auszuführen. Mit anderen Worten ist das Steuergerät so mit den hier angeführten Komponenten wirkverbunden, dass das Steuergerät diese Komponenten gemäß dem hier offenbarten Verfahren steuern bzw. regeln kann.The motor vehicle disclosed herein further includes at least one controller configured to perform the method disclosed herein. In other words, the control unit is operatively connected to the components listed here, that the controller can control these components according to the method disclosed herein.

Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie ein Druckbehältermanagementsystem, das sehr genau in der Lage ist, aufgrund der bekannten Temperatur und des bekannten Drucks im Innenbehälter vorherzusagen, wie lange eine verlustfreie Standzeit sein wird bzw. welche Abblasverluste über die Zeit erwartet werden. Durch die Nutzung von Navigationsinformationen (z. B. Fahrt nach Hause, Fahrt zum Flughafen) lässt sich mit einiger Wahrscheinlichkeit vorhersagen, dass nach der Fahrt eine längere Parkzeit folgt. Bevorzugt kann der Fahrer dem System direkt mittels einer Benutzer-Schnittstelle mitteilen, welche Parkzeiten der Fahrer in naher Zukunft plant. Ebenso kann das System lernfähig gestaltet werden und aus dem zeitlichen und/oder örtlichen Verhalten der Vergangenheit auf die Zukunft schließen (z. B.: Mittwochs regelmäßiger Besuch beim Steakhaus, wobei dort 2,5 Stunden geparkt wird). Bevorzugt wird aufgrund des für das Ende der Fahrt vorausberechneten Druckbehälterzustandes und der voraussichtlichen oder vom Fahrer mitgeteilten Parkzeit eine Abblasemenge errechnet, die von der Brennstoffzelle in Strom umgewandelt wird. Würde die vorausberechnete freie Speicherkapazität der Batterie (= elektrische Speichereinheit) überschritten, so wird die Batterie vorher entsprechend entleert, um einen möglichst großen Anteil der elektrischen Energie aufnehmen zu können, die von der Brennstoffzelle durch die Umwandlung von Abblase-Wasserstoff entstehen wird. Vorteilhaft können somit die Abblasverluste verringert werden. Ein höherer Anteil des Abblase-Wasserstoffs kann somit vom Fahrzeug genutzt werden.In other words, the technology disclosed herein relates to a pressure vessel management system that is very accurate in predicting how long a lossless life will be, or which blowoff losses are expected over time, due to the known temperature and pressure in the inner vessel. By using navigation information (eg, driving home, driving to the airport), it can be predicted with some probability that after driving a longer parking time follows. Preferably, the driver can tell the system directly by means of a user interface which parking times the driver plans in the near future. Likewise, the system can be designed to be adaptive and can draw conclusions about the temporal and / or local behavior of the past on the future (eg: Wednesday's regular visit to the steakhouse, where 2.5 hours are parked there). Preferably, due to the predicted for the end of the journey pressure vessel condition and the expected or communicated by the driver parking time a discharge rate is calculated, which is converted by the fuel cell into electricity. If the predicted free storage capacity of the battery (= electrical storage unit) is exceeded, the battery is previously correspondingly emptied in order to be able to absorb the largest possible proportion of the electrical energy that will be produced by the fuel cell through the conversion of blow-off hydrogen. Advantageously, the blow-off losses can thus be reduced. One a higher proportion of the blow-off hydrogen can thus be used by the vehicle.

Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der schematischen Figuren erläutert, wobeiThe technology disclosed herein will now be explained with reference to the schematic figures, wherein

1 schematisch Komponenten des hier offenbarten Kraftfahrzeugs, und 1 schematically components of the motor vehicle disclosed here, and

2 schematisch ein Ablaufdiagramm des hier offenbarten Verfahrens zeigt. 2 schematically shows a flowchart of the method disclosed here.

Die 1 zeigt schematisch Komponenten des hier offenbarten Kraftfahrzeugs. Der kryogene Druckbehälter 100 zur Speicherung von Brennstoff umfasst einen Innenbehälter 101 und einen Außenbehälter 102. Der Druckbehälter 100 ist über die Leitung 130 mit einer Vielzahl an Brennstoffzellen 200 fluidverbunden, die zu einem Brennstoffzellenstapel zusammengefasst sind. Die elektrische Speichereinrichtung 300 ist über entsprechende elektrische Leitungen mit den Stromabnehmern des Brennstoffzellenstapels verbunden. Die elektrische Speichereinrichtung 300 ist ausgebildet, die mit der mindestens einen Brennstoffzelle generierte elektrische Energie zu speichern. Das Steuergerät 400 ist mit elektrischen Modulen der Speichereinrichtung 300, des Brennstoffzellenstapels und des Druckbehälters verbunden, beispielsweise über einen Kommunikationsbus.The 1 schematically shows components of the motor vehicle disclosed here. The cryogenic pressure vessel 100 for storing fuel comprises an inner container 101 and an outer container 102 , The pressure vessel 100 is over the line 130 with a variety of fuel cells 200 fluidly connected, which are combined into a fuel cell stack. The electrical storage device 300 is connected via corresponding electrical lines to the pantographs of the fuel cell stack. The electrical storage device 300 is configured to store the electrical energy generated by the at least one fuel cell. The control unit 400 is with electrical modules of the storage device 300 , the fuel cell stack and the pressure vessel connected, for example via a communication bus.

Das Steuergerät ist insbesondere ausgebildet, den Ladezustand der Speicherbatterie basierend auf einer ermittelten zukünftigen Standzeit und gegebenenfalls basierend auf einer Zustandsgröße des Druckbehälters zu steuern bzw. zu regeln.The control unit is in particular designed to control or regulate the state of charge of the storage battery based on a determined future service life and optionally based on a state variable of the pressure vessel.

Die 2 zeigt schematisch ein mögliches Ablaufdiagramm der hier offenbarten Technologie. Das Verfahren startet mit dem Schritt S100. Zunächst wird die zukünftige Standzeit bzw. Parkdauer (nachstehend vereinfachend: Parkdauer) des Kraftfahrzeuges ermittelt, beispielsweise durch eine Benutzereingabe. Im Schritt S300 wird dann beurteilt, ob während der Parkdauer der Druck im Druckbehälter auf einen Wert ansteigt, der oberhalb vom Grenzdruck liegt, ab dem Brennstoff aus dem Druckbehälter abgelassen wird, um eine Beschädigung des Druckbehälters zu vermeiden. Wird prognostiziert, dass der Druck im Druckbehälter während der Parkdauer nicht größer als der Grenzdruck sein wird, so werden die nachstehenden Teilprozesse S400 bis S600 nicht durchlaufen.The 2 schematically shows a possible flowchart of the technology disclosed here. The process starts with step S100. First of all, the future service life or parking duration (hereinafter simplifying: parking duration) of the motor vehicle is determined, for example by user input. In step S300 it is then judged whether during the parking period the pressure in the pressure vessel rises to a value which is above the limit pressure at which fuel is discharged from the pressure vessel in order to avoid damaging the pressure vessel. If it is predicted that the pressure in the pressure vessel during the parking time will not be greater than the limit pressure, the following subprocesses S400 to S600 will not run through.

Ist der prognostizierte Druck im Druckbehälter indes höher als der Grenzdruck, so wird im Schritt S400 bestimmt, wieviel Brennstoff voraussichtlich abgeblasen werden muss. Die Menge an abzublasenden Brennstoff ergibt sich aus den Zustandsgrößen des Druckbehälters, z. B. Druck und Temperatur im Druckbehälter, sowie der Standzeit. Die Berechnung beruht auf vorbekannten thermodynamischen Berechnungsmethoden und ist hier daher nicht näher beschrieben. Im Schritt S500 wird bestimmt, wieviel elektrische Energie aus dem abzulassenden Brennstoff durch die Brennstoffzellen generiert werden kann. Die elektrische Energie hängt dabei unmittelbar mit dem Wirkungsgrad der Brennstoffzellen in dem Betriebspunkt zusammen, in dem die Brennstoffzellen während des Blow-Off-Vorgangs betrieben werden. Basierend auf der Menge an elektrischer Energie, die in den Brennstoffzellen während der Parkdauer generiert wird, wird dann der Grenz-Ladezustand gewählt. Der Grenz-Ladezustand der Speichereinrichtung ist dabei der Ladezustand, der sicherstellt, dass die gesamte elektrische Energie, die während der Parkdauer aus dem abzulassenden Brennstoff generiert wird, in der Speichereinrichtung gespeichert werden kann. Im Schritt S 700 wird dann der aktuelle Ladezustand der Speichereinrichtung verändert, beispielsweise indem die Hybridisierungsstrategie angepasst wird. Um den Ladezustand auf einen Wert unterhalb des Grenz-Ladezustands zu bringen wird beispielsweise mehr elektrische Energie der Speichereinrichtung entnommen als die mindestens eine Brennstoffzelle der Speichereinrichtung zuführt.However, if the predicted pressure in the pressure vessel is higher than the limiting pressure, then it is determined in step S400 how much fuel is likely to have to be blown off. The amount of fuel to be discharged results from the state variables of the pressure vessel, z. B. pressure and temperature in the pressure vessel, and the service life. The calculation is based on previously known thermodynamic calculation methods and is therefore not described in detail here. In step S500 it is determined how much electrical energy can be generated from the fuel to be discharged by the fuel cells. The electrical energy is directly related to the efficiency of the fuel cells in the operating point, in which the fuel cells are operated during the blow-off process. Based on the amount of electrical energy generated in the fuel cells during the parking period, then the limit state of charge is selected. The limit state of charge of the storage device is the state of charge, which ensures that all the electrical energy which is generated during the parking period from the fuel to be discharged can be stored in the storage device. In step S 700, the current state of charge of the memory device is then changed, for example by adjusting the hybridization strategy. In order to bring the state of charge to a value below the limit state of charge, for example, more electrical energy is taken from the storage device than the at least one fuel cell supplies to the storage device.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 10202172 A1 [0004] DE 10202172 A1 [0004]

Claims (7)

Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug mindestens einen kryogenen Druckbehälter, mindestens eine Brennstoffzelle und mindestens eine elektrische Speichereinrichtung aufweist, umfassend die Schritte: – Ermitteln einer zukünftigen Standzeit des Kraftfahrzeuges; und – Verändern des Ladezustands der Speichereinrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Standzeit des Kraftfahrzeuges vor Beginn der Standzeit.Method for operating a motor vehicle, wherein the motor vehicle has at least one cryogenic pressure vessel, at least one fuel cell and at least one electrical storage device, comprising the steps: - Determining a future life of the motor vehicle; and - Changing the state of charge of the memory device as a function of the determined service life of the motor vehicle before the beginning of the service life. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Standzeit ermittelt wird unter Berücksichtigung von mindestens einer Navigationsinformation, mindestens einer Benutzereingabe und/oder mindestens einer Benutzerinformation.The method of claim 1, wherein the service life is determined taking into account at least one navigation information, at least one user input and / or at least one user information. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei frühere Abstellorte des Kraftfahrzeuges sowie jeweils die früheren Standzeiten an diesen früheren Abstellorten gespeichert werden, und wobei aus den früheren Standzeiten die zukünftige Standzeit ermittelt wird.A method according to claim 1 or 2, wherein earlier Abstellorte the motor vehicle and each of the earlier lives are stored at these former Abstellorten, and wherein the future life is determined from the earlier lives. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Ladezustand der Speichereinrichtung in Abhängigkeit von mindestens einer Zustandsgröße des Druckbehälters verändert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the state of charge of the storage device is changed in dependence on at least one state variable of the pressure vessel. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Ladezustand der Speichereinrichtung derart verändert wird, dass die Speichereinrichtung zu Beginn der Standzeit einen Ladezustand aufweist, der unterhalb eines Grenz-Ladezustands liegt, wobei der Grenz-Ladezustand bestimmt wird durch die Standzeit des Kraftfahrzeuges und bevorzugt zusätzlich durch mindestens eine Zustandsgröße des Druckbehälters.Method according to one of the preceding claims, wherein the state of charge of the memory device is changed such that the memory device at the beginning of the service life has a state of charge, which is below a limit state of charge, the limit state of charge is determined by the life of the motor vehicle and preferably additionally by at least one state variable of the pressure vessel. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Menge an abzublasendem Brennstoff ermittelt wird, die während der Standzeit aus dem Druckbehälter abzublasen ist; und wobei aus der Menge an abzublasendem Brennstoff der Ladezustand ermittelt wird, den die Speichereinrichtung zu Beginn der Standzeit aufweisen darf.Method according to one of the preceding claims, wherein the amount of fuel to be blown is determined, which is to be blown out of the pressure vessel during the service life; and wherein from the amount of fuel to be blown off the state of charge is determined, which the storage device may have at the beginning of the service life. Kraftfahrzeug, umfassend: – mindestens einen kryogenen Druckbehälter (100) zur Speicherung von Brennstoff; – mindestens eine Brennstoffzelle (200), die mit dem kryogenen Druckbehälter fluidverbunden ist; – mindestens eine elektrischen Speichereinrichtung (300), die ausgebildet ist, die mit der mindestens einen Brennstoffzelle generierte elektrische Energie zu speichern; und – mindestens ein Steuergerät (400), das ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen.Motor vehicle comprising: - at least one cryogenic pressure vessel ( 100 ) for storing fuel; At least one fuel cell ( 200 ) fluidly connected to the cryogenic pressure vessel; At least one electrical storage device ( 300 ) configured to store the electrical energy generated by the at least one fuel cell; and - at least one control unit ( 400 ), which is designed to carry out a method according to one of the preceding claims.
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