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Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zum Konditionieren eines Kraftfahrzeuges. Das Konditionieren eines Kraftfahrzeuges ist beispielsweise bei Kraftfahrzeugen notwendig, die mit einem Brennstoffzellensystem angetrieben werden. Der Grund hierfür ist, dass ein Brennstoffzellensystem erst dann die volle Systemleistung abgeben kann, wenn die Betriebstemperatur des Brennstoffzellensystems erreicht wird.
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Aus der
DE10059416 A1 ist eine Vorrichtung zum Starten eines Brennstoffzellensystems bekannt, bei dem per Funkfernbedienung der Startvorgang des Brennstoffzellensystems eingeleitet wird. Ferner offenbart diese Schrift, den Startzeitpunkt des Startvorgangs per Zeitschaltuhr auszuwählen. Die in dieser Schrift offenbarten Funktionen sollen sich dabei selbstlernend an das Fahrerprofil anpassen.
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Ferner offenbart die
DE10 2010 054427 A1 ein Verfahren zum Konditionieren eines Fahrzeugs, das die Schritte umfasst, dass: (a) ein Abfahrtszeitpunkt vom Fahrzeugnutzer empfangen wird; (b) eine Fahrzeugbedingung erfasst wird; (c) ein Konditionierungsalgorithmus ausgeführt wird, wobei der Konditionierungsalgorithmus den Abfahrtszeitpunkt und die Fahrzeugbedingung verwendet, um einen Konditionierungsstartzeitpunkt zu ermitteln; und (d) ein oder mehrere Aspekte des Kraftfahrzeugs zu dem Konditionierungsstartzeitpunkt konditioniert werden.
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Die vorbekannten Verfahren arbeiten vergleichsweise ungenau. Bisher wurde der Warmlauf der Brennstoffzelle unabhängig von der Standzeit und der damit tatsächlich benötigten Warmlaufzeit gestartet. Außerdem musste der Abfahrtszeitpunkt vom Fahrer festgelegt werden.
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Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Insbesondere ist es eine bevorzugte Aufgabe, ein Verfahren zum Vorkonditionieren eines Brennstoffzellensystems bereitzustellen, welches energieeffizient und ohne größeren Benutzeraufwand rechtzeitig vor Abfahrt das Brennstoffzellensystem auf den Betrieb vorbereitet. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
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Das hier offenbarte Verfahren zum Konditionieren eines Kraftfahrzeuges, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit Brennstoffzellensystem, umfasst die Schritte:
- – Ermitteln eines Abfahrtszeitpunktes; und
- – Entscheiden, ob eine Konditionierung des Kraftfahrzeugs vor dem Abfahrtszeitpunkt durchzuführen ist.
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Es sei angemerkt, dass das vorliegende Verfahren mit jedem Typ von Fahrzeug verwendet werden kann, beispielsweise Hybridelektrofahrzeuge (HEVs von hybrid electric vehicles), Steckdosen-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs von plug-in hybrid electric vehicles), Batterieelektrofahrzeuge (BEVs von battery electrical vehicles) und herkömmliche Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren (ICEs von internal combustion engines). Das hierin beschriebene Verfahren ist nicht auf das in der 1 gezeigte Fahrzeugkonditionierungssystem beschränkt und kann mit jeder Anzahl von verschiedenen Fahrzeugsystemen verwendet werden. Besonders bevorzugt kommt das hier offenbarte Verfahren in einem Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem zum Einsatz. Die hier offenbarte Technologie betrifft also insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle. Das Brennstoffzellensystem ist beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge gedacht, insbesondere zur Bereitstellung der Energie für mindestens eine Antriebsmaschine zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. In ihrer einfachsten Form ist eine Brennstoffzelle ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff (z.B. Wasserstoff) und Oxidationsmittel (z.B. Luft, Sauerstoff und Peroxide) in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme produziert.
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Konditionieren meint in diesem Zusammenhang, dass ein System oder eine Komponente auf den noch nicht bereits stattfindenden Lastbetrieb des Systems oder der Komponente des Kraftfahrzeuges vorbereitet wird. Beim Brennstoffsystem betrifft die Konditionierung beispielsweise das Aufheizen der mindestens einen Brennstoffzelle auf ihre minimale Betriebstemperatur. Die minimale Betriebstemperatur kann beispielsweise die Temperatur sein, ab der das Brennstoffzellensystem für den Fahrbetrieb eingesetzt werden kann bzw. darf. Bevorzugt wird also ein Brennstoffzellensystem des Kraftfahrzeugs vor dem Abfahrtszeitpunkt auf eine Brennstoffzellenstarttemperatur erwärmt, wenn eine Konditionierung des Kraftfahrzeugs vor dem Abfahrtszeitpunkt durchzuführen ist.
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Der Abfahrtszeitpunkt ist der Zeitpunkt, ab dem der Fahrzeugnutzer sich mit dem Kraftfahrzeug fortbewegen darf bzw. kann.
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Die Ermittlung des Abfahrtszeitpunktes kann den Schritt umfassen, wonach mindestens eine das Benutzerverhalten des Benutzers betreffende Fahrzeuginformation mit mindestens einer gespeicherten Fahrzeuginformation verglichen wird. Diese Fahrzeuginformation kann im Kraftfahrzeug oder extern, beispielsweise in der Cloud, gespeichert werden. Insbesondere kann durch den Vergleich der mindestens einen aktuellen Fahrzeuginformation mit mindestens einer früheren Fahrzeuginformation die Abfahrtszeit prognostiziert werden. Mit anderen Worten kann eine künstliche Intelligenz implementiert sein, die aus historischen Datensätzen eine zukünftige Abfahrtszeit prognostiziert.
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Eine Fahrzeuginformation kann jede Information sein, die für das Kraftfahrzeug hinsichtlich der Ermittlung des Abfahrtszeitpunktes relevant sein kann. Neben Information, die das Fahrzeug selbst charakterisieren, wie beispielsweise der Standort, können dazu auch weitere Informationen genutzt werden, wie beispielsweise Kalendereinträge des Benutzers.
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Zweckmäßig kann ein Navigationsgerät, ein GPS-Signal, ein GSM-Signal oder ein sonstiges die Fahrzeugposition charakterisierendes Signal dazu genutzt werden, eine für den Abstellort des Kraftfahrzeuges indikative Information zu generieren. Der für den Abstellort indikative Information kann beispielsweise ein fester Abfahrtszeitpunkt bzw. eine feste Standzeit zugeordnet sein. Fährt der Benutzer z.B. mit dem Kraftfahrzeug zum Bäcker, speichert das Kraftfahrzeug diesen Abstellort ab. Nach mehreren Wiederholungen erkennt das Kraftfahrzeug, dass das Kraftfahrzeug nach dem Einkauf sehr zeitnah wieder in Betrieb genommen wird. Bereits aus dieser Information kann das Kraftfahrzeug ableiten, dass das Brennstoffzellensystem weiterhin ohne vorherige Konditionierung betrieben werden kann. Fährt der Fahrzeugnutzer beispielsweise jeden Dienstag um 18:00 Uhr zum Sport, so kann das Kraftfahrzeug diesem Abstellort einen Abfahrtszeitpunkt zu ordnen, beispielsweise 21:30 Uhr.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine für den letzten Fahrzeugnutzer indikative Information eine Fahrzeuginformation sein, wobei der Abfahrtszeitpunkt in Abhängigkeit vom Fahrzeugnutzer bestimmt werden kann. Der Fahrzeugnutzer kann auf unterschiedlicher Art und Weise ermittelt werden. Beispielsweise kann anhand des Fahrzeugschlüssels, der Sitzposition, des ausgewählten Benutzerprofils (oder anderer Benutzereingaben) und/oder des Fahrverhaltens der Benutzer ermittelt werden. Stellen nun unterschiedliche Benutzer das Kraftfahrzeug an demselben Abstellort ab, zum Beispiel das Fitnesscenter, so kann der prognostizierte Abfahrtszeitpunkt benutzerspezifisch variiert werden. Beispielsweise kann es vorkommen, dass ein Familienmitglied im Fitnesscenter länger trainiert als ein anderes Familienmitglied.
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Besonders bevorzugt wird der Abfahrtszeitpunkt unter Berücksichtigung des Abstellzeitpunktes des Kraftfahrzeuges (zum Beispiel jeden Dienstag 18:00 Uhr) ermittelt, besonders bevorzugt unter Berücksichtigung des Abstellzeitpunktes und des Abstellortes.
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Besonders bevorzugt kann anhand von mindestens einem Temperaturwert und/oder einer Standzeit des Kraftfahrzeuges entschieden werden, ob eine Konditionierung des Kraftfahrzeugs vor dem Abfahrtszeitpunkt durchzuführen ist. Der mindestens eine Temperaturwert kann beispielsweise die Umgebungstemperatur sein. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise nur dann konditioniert werden, wenn die Umgebungstemperatur geringer ist als ein Umgebungstemperaturgrenzwert. Mit anderen Worten kann ein Schritt vorgesehen sein, wonach die Umgebungstemperatur bestimmt wird, und wobei festgestellt wird, dass ab einer gewissen Umgebungstemperatur, zum Beispiel 20 °C, keine Konditionierung stattfinden soll. Falls die Außentemperaturen ausreichend hoch sind, erreicht das Brennstoffzellensystem vergleichsweise schnell die Betriebstemperatur, so dass aus Energieeffizienzgründen auf eine vorherige Konditionierung des Brennstoffzellensystems verzichtet werden kann. Bevorzugt kann ferner vorgesehen sein, dass abhängig von der Temperatur unterschiedlich lange vorkonditioniert wird bzw. unterschiedliche Konditionierungsalgorithmen durchlaufen werden. Ist die Umgebungstemperatur beispielsweise auf einen Wert unterhalb von 0 °C abgesunken, so müssen zur Enteisung des Brennstoffzellensystems gegebenenfalls andere Algorithmen durchlaufen werden. Anstatt der Umgebungstemperatur kann auch eine andere Temperatur verwendet werden, beispielsweise eine für die zu konditionierende Komponente bzw. das zu konditionierende System indikative Temperatur, beispielsweise die Temperatur der mindestens einen Brennstoffzelle.
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Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach eine Konditionierung des Kraftfahrzeugs vor dem Abfahrtszeitpunkt nicht durchzuführen ist, wenn die Standzeit des Kraftfahrzeugs geringer ist als eine Mindeststandzeit. Die Standzeit des Kraftfahrzeuges ist dabei eine Zeitdauer, in der das Kraftfahrzeug nicht fortbewegt und beispielsweise das Brennstoffzellensystem des Kraftfahrzeugs nicht genutzt bzw. betrieben wird. Die Mindeststandzeit des Kraftfahrzeuges kann abhängig von anderen Fahrzeuginformationen variieren. Beispielsweise kann die Mindeststandzeit von der Außentemperatur direkt oder indirekt abhängen. Im Falle von einem Brennstoffzellensystem kann beispielsweise die Mindeststandzeit an einem heißen Sommertag länger sein als an einem kalten Wintertag. Entweder kann an dem Tag die Temperatur direkt ermittelt (Messwert, Internet, etc.) werden oder aber anhand der Uhrzeit und hinterlegten Klimatabellen eine Temperatur geschätzt werden.
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Die Mindeststandzeit ist dabei zweckmäßig so gewählt, dass ausgeschlossen werden kann, dass die zu konditionierende Komponente bzw. das zu konditionierende System sich soweit abgekühlt hat, dass es nicht mehr einsatzbereit ist.
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Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach das Brennstoffzellensystem zum Erhalt einer Mindest-Brennstoffzellentemperatur während der Standzeit betrieben wird. Bevorzugt wird das Brennstoffzellensystem im autarken Aussetzbetrieb betrieben, wobei das Brennstoffzellensystem eingeschaltet wird, wenn eine Mindesttemperatur erreicht und/oder unterschritten wird. Durch die Information, wie lange das Fahrzeug stehen wird, könnte man bei kurzen Standzeiten von einigen Stunden das Fahrzeug in definierten Intervallen immer wieder wecken und die Brennstoffzelle kurz betreiben (Autark-Betrieb), so dass die Temperatur der Brennstoffzelle während der Standzeit erst gar nicht unter eine bestimmte Temperatur abfällt.
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Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der schematischen 1 erläutert.
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Im Schritt S100 wird der Abfahrtszeitpunkt ermittelt, zu dem das Brennstoffzellensystem betriebsbereit sein soll. Hierzu können vom Benutzer Eingaben gemacht werden, beispielsweise über eine Fernbedienung, einer App und/oder einer Benutzerschnittstelle. Alternativ oder zusätzlich kann eine selbstlernende Funktion vorgesehen sein, die beispielsweise über Mustererkennung den Abfahrtszeitpunkt ermittelt.
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Insbesondere kann die Mustererkennung den Abstellzeitpunkt des Kraftfahrzeuges, eine für den Fahrzeugnutzer indikative Information, und/oder eine für den Abstellort indikative Information verwenden, um den Abfahrtszeitpunkt zu schätzen. Mit anderen Worten gibt es hier also eine Funktion, die über eine App, Infos aus dem Smartphone, Einstellungen im Fahrzeug, Schlüssel/Fernbedienung oder Erkennung vom Verhaltensmuster des Fahrers die Abfahrtszeit und letztlich die Standzeit ermittelt.
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Die Betriebsstrategie der Brennstoffzelle entscheidet im Schritt 200 unter Berücksichtigung von Informationen wie Außentemperatur, der Jahreszeit, Kühlmittel-Temperaturen und/oder der Temperatur der Brennstoffzelle, ob beim nächsten Start ein Warmlauf für die Brennstoffzelle notwendig ist und falls ja, wie lange vor dem Abfahrtszeitpunkt er gestartet werden soll.
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Das Kraftfahrzeug beginnt kurz vor dem festgelegten Zeitpunkt mit dem Brennstoffzellen-internen Warmlauf, so dass die Brennstoffzelle zum gewünschten Zeitpunkt die Betriebstemperatur erreicht hat und somit die volle Leistung zur Verfügung stellen kann.
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Die Entscheidung, ob ein Brennstoffzellen-Warmlauf notwendig ist und wie lange er dauert, kann in Abhängigkeit von der Standzeit und/oder verschiedenen Temperaturen (z.B. der Umgebungstemperatur, Temperatur des Brennstoffzellensystems, Temperatur des Kühlmittels, etc.) getroffen werden.
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Dies kann bereits beim Abstellen des Kraftfahrzeugs entschieden werden, so dass das Kraftfahrzeug rechtzeitig vor der Abfahrt geweckt und der Warmlauf der Brennstoffzelle gestartet werden kann. Um die Standzeit möglichst genau zu berechnen, können u.a. verschiedene Informationen (z.B. aus ConnectedDrive, iDrive-Menü, Schlüssel, Smartphone, ...) gesammelt und ausgewertet werden. Außerdem kann über ein Steuergerät ein Verhaltensmuster des Fahrers abgeleitet und so Abfahrtszeitpunkte berechnet werden, die der Fahrer nicht direkt festlegt.
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Vorteilhaft kann durch die Erkennung des Verhaltensmusters des Fahrers die Standzeit besser ermittelt werden. Ferner vorteilhaft kann durch Berücksichtigung verschiedener Umgebungsbedingungen/Temperaturen der Warmlauf der Brennstoffzelle bedarfsgerecht durchgeführt werden. So wird zum Beispiel bei einer kurzen Standzeit im Winter oder auch bei längerer Standzeit im Sommer bei dem die Brennstoffzelle nicht unter eine kritische Temperatur abkühlt, kein Warmlauf gestartet und somit das Kraftfahrzeug nicht vorzeitig geweckt.
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Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10059416 A1 [0002]
- DE 102010054427 A1 [0003]
