DE102017010866A1

DE102017010866A1 - Method for operating a vehicle

Info

Publication number: DE102017010866A1
Application number: DE102017010866.8A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jörg Heidrich
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2019-05-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (1), dessen Antriebsenergie über ein Brennstoffzellen/Batterie-Hybrid-System bereitgestellt wird, wobei das Brennstoffzellensystem Wasserstoff aus einem Wasserstoffspeicher (14) bezieht, wobei das Fahrzeug (1) über mehrere umschaltbare Betriebsmodi verfügt, wobei einer der Betriebsmodi als Batteriemodus ausgebildet ist, in welchem die gesamte Antriebsleistung aus einer elektrischen Energiespeichereinrichtung (5) bezogen wird, ohne dass Wasserstoff in der Brennstoffzelle (6) umgesetzt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass, eine manuelle Vorwahl des Batteriemodus erfolgt, wobei danach erst dann automatisch in den Batteriemodus geschaltet wird, wenn eine vorgewählte Restmenge an Wasserstoff in dem Wasserstoffspeicher (14) erreicht wird.The invention relates to a method for operating a vehicle (1), the drive energy of which is provided via a fuel cell / battery hybrid system, wherein the fuel cell system hydrogen from a hydrogen storage (14), wherein the vehicle (1) has a plurality of switchable operating modes in which one of the operating modes is designed as a battery mode, in which the entire drive power is obtained from an electrical energy storage device (5), without hydrogen being reacted in the fuel cell (6). The inventive method is characterized in that, a manual preselection of the battery mode is carried out, wherein then only automatically switched to the battery mode when a preselected residual amount of hydrogen in the hydrogen storage (14) is reached.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a method for operating a vehicle according to the closer defined in the preamble of claim 1.

Aus der nicht vorveröffentlichten Anmeldung der Anmelderin mit dem deutschen Aktenzeichen 10 2017 006 158.0 ist es bekannt, dass ein Fahrzeug seine Antriebsenergie über einen Brennstoffzellen/Batterie-Hybrid erhält. Dieser Aufbau umfasst sowohl ein Brennstoffzellensystem zur Umsetzung von Wasserstoff in elektrische Antriebsleistung als auch eine Batterie, welche elektrische Antriebsenergie speichern und wieder freigeben kann. Diese Batterie wird beim Abbremsen des Fahrzeugs aufgeladen, kann über das Brennstoffzellensystem nachgeladen werden und kann insbesondere auch über eine Steckdose nachgeladen werden, beispielsweise wenn das Fahrzeug abgestellt ist, insbesondere in einer Garage oder auf einem Stellplatz seines Nutzers. Im Rahmen dieser Anmeldung ist es beschrieben, dass verschiedene Verfahrensmodi existieren können, bei welchen das Fahrzeug beispielsweise ausschließlich aus der Batterie, ausschließlich aus der Brennstoffzelle oder aus einer Kombination dieser beiden seine elektrische Antriebsenergie bezieht. In der nicht vorveröffentlichten Anmeldung ist es dabei so, dass diese Modi automatisch ausgewählt werden, je nachdem, ob das nächste aus einem Navigationssystem bekannte Ziel bzw. Zwischenziel die Möglichkeit eines Nachladens der Batterie oder eines Nachtankens des Wasserstofftanks bietet.From the non-prepublished application of the applicant with the German file number 10 2017 006 158.0 it is known that a vehicle receives its drive energy via a fuel cell / battery hybrid. This structure comprises both a fuel cell system for converting hydrogen into electrical drive power and a battery which can store and release electrical drive energy. This battery is charged when braking the vehicle, can be recharged via the fuel cell system and can in particular be recharged via a power outlet, for example, when the vehicle is parked, especially in a garage or on a parking space of its user. In the context of this application it is described that various modes of operation may exist in which the vehicle, for example, exclusively derives its electrical drive energy from the battery, exclusively from the fuel cell or from a combination of both. In the non-prepublished application, it is such that these modes are automatically selected, depending on whether the next known from a navigation system target or intermediate target offers the possibility of recharging the battery or a refueling of the hydrogen tank.

Zum weiteren Stand der Technik kann außerdem auf die DE 10 2009 017 458 A1 hingewiesen werden. In dieser Schrift sind verschiedene Betriebsmodi für ein derartiges Fahrzeug beschrieben.To further state of the art can also on the DE 10 2009 017 458 A1 be pointed out. Various operating modes for such a vehicle are described in this document.

Zum weiteren Stand der Technik beschreibt ferner die DE 10 2015 212 805 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenfahrzeugs, bei welchem in Abhängigkeit des Füllstands des Brennstoffzellentanks die Betriebsstrategie und insbesondere die Nutzung der Batterie angepasst werden kann.Further state of the art further describes the DE 10 2015 212 805 A1 a method for operating a fuel cell vehicle, in which, depending on the level of the fuel cell tank, the operating strategy and in particular the use of the battery can be adjusted.

Letztlich kann außerdem auf die DE 10 2016 201 212 A1 hingewiesen werden. Diese beschreibt eine Steuerungsvorrichtung für ein Fahrzeug, welche zwischen einer ersten Alternative eines elektrischen Antriebs aus einer Batterie und einer zweiten Alternative eines Antriebs aus einer zweiten elektrischen Energiequelle, beispielsweise einem Brennstoffzellensystem, wechseln kann.Finally, on the DE 10 2016 201 212 A1 be pointed out. This describes a control device for a vehicle, which can change between a first alternative of an electric drive from a battery and a second alternative of a drive from a second electrical energy source, for example a fuel cell system.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Betriebsverfahren für ein Fahrzeug mit einem derartigen System zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsleistung weiter zu verbessern und dabei insbesondere die derzeit noch eher schlechte Verfügbarkeit von Wasserstofftankstellen zu berücksichtigen.The object of the present invention is now to further improve an operating method for a vehicle with such a system for providing electrical drive power, and in particular to take into account the currently still rather poor availability of hydrogen refueling stations.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.This object is achieved by a method having the features in claim 1, and in particular in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments of the method will become apparent from the dependent therefrom dependent claims.

In der Praxis ist es häufig so, dass ein Fahrzeug beispielsweise zum Pendeln zur Arbeit und von der Arbeit nach Hause Verwendung findet. In diesem Fall weiß der Nutzer des Fahrzeugs, dass er nach der Ankunft zu Hause die elektrische Energiespeichereinrichtung, insbesondere eine Batterie nachladen kann, beispielsweise wenn er weiß, dass er an diesem Tag das Fahrzeug nicht weiter benötigt. Typischerweise ist die Strecke jedoch eine von ihm sehr häufig befahrene Strecke, sodass er in der Praxis hier eher kein Navigationssystem verwenden wird. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens sieht es deshalb vor, dass er eine manuelle Vorwahl eines Batteriemodus vornehmen kann, wobei danach erst in diesen Batteriemodus geschaltet wird, wenn eine ebenfalls vorgewählte oder fest vordefinierte Restmenge an Wasserstoff in dem Wasserstoffspeicher erreicht ist. Typischerweise ist es so, dass der Batteriemodus, vergleichbar wie im Stand der Technik, dazu dienen soll, den Wasserstoff in dem Wasserstoffspeicher zu sparen, da ein Nachtanken von Wasserstoff typischerweise mit relativ hohem Aufwand verbunden ist, wenn eine Wasserstofftankstelle nicht in unmittelbarer Nähe ist. Der Nutzer des Fahrzeugs weiß dann beispielsweise, dass er auf dem Nachhauseweg ist und dort die Möglichkeit hat, die Batterie nachzuladen. In einer solchen Situation den Batteriemodus zu verwenden, sichert ihm also eine Ersparnis von Wasserstoff zu. Um nicht von einem Navigationssystem, in welches er das Fahrziel einprogrammieren muss, abhängig zu sein, kann er nun eine manuelle Vorwahl für den Batteriemodus tätigen. Die Vorwahl z. B. zu Beginn der Fahrt verhindert dabei, dass der Wechsel während der Fahrt vergessen wird, z. B. da der Nutzer durch den Verkehr abgelenkt ist.In practice, it is often the case, for example, that a vehicle is used for commuting to work and from work to home. In this case, the user of the vehicle knows that after arriving at home he can recharge the electric energy storage device, in particular a battery, for example if he knows that he no longer needs the vehicle on that day. Typically, however, the route is one of him very frequently traveled route, so he will use in practice here rather no navigation system. The embodiment of the method according to the invention therefore provides that it can make a manual preselection of a battery mode, after which it is switched into this battery mode only when a likewise preselected or predefined residual amount of hydrogen in the hydrogen storage is reached. Typically, the battery mode, as in the prior art, is intended to save hydrogen in the hydrogen storage, since refueling of hydrogen is typically associated with relatively high expense when a hydrogen refueling station is not in close proximity. The user of the vehicle then knows, for example, that he is on his way home, where he has the opportunity to recharge the battery. To use the battery mode in such a situation thus ensures a saving of hydrogen. In order not to be dependent on a navigation system in which he has to program the destination, he can now make a manual preselection for the battery mode. The area code z. B. at the beginning of the journey prevents the change while driving is forgotten, z. B. because the user is distracted by traffic.

Das Fahrzeug wird dann im Batteriemodus betrieben, und zwar nicht zwingend unmittelbar, sondern erst dann, wenn eine Restmenge an Wasserstoff in dem Wasserstofftank erreicht ist. Beispielsweise weiß der Nutzer des Fahrzeugs, dass er eine Restmenge von 25% an Wasserstoff benötigt, um die nächste Wasserstofftankstelle noch anfahren zu können. Er wird diese also entsprechend einprogrammieren und wird über die Vorwahl des Batteriemodus sicherstellen, dass in den Batteriemodus gewechselt wird, sobald diese Schwelle an Restwasserstoff in dem Tank erreicht ist. Er stellt damit sicher, dass er immer noch ausreichend Wasserstoff hat, um damit beispielsweise zur nächsten Tankstelle zu kommen, auch falls er die Batterie wider Erwarten nicht nachladen kann.The vehicle is then operated in battery mode, not necessarily immediately, but only when a residual amount of hydrogen in the hydrogen tank is reached. For example, the user of the vehicle knows that he needs a residual amount of 25% of hydrogen in order to be able to approach the next hydrogen refueling station. He will therefore program these accordingly and will ensure via the preselection of the battery mode that will change to battery mode as soon as this threshold of residual hydrogen in the tank is reached. He makes sure that he still has enough hydrogen, for example, to get to the next gas station, even if he can not recharge the battery against expectations.

Um dabei die Batterie nicht zu überlasten und mit dem Fahrzeug nicht liegen zu bleiben, kann es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen sein, dass die Umschaltung in den Batteriemodus auch bei Vorliegen der vorgewählten Restmenge an Wasserstoff erst dann erfolgt, wenn mit dem aktuellen Ladezustand der elektrischen Energiespeichereinrichtung die benötigte Restreichweite erzielt wird. Dieser Modus ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Navigationsgerät verwendet wird und die benötigte Restreichweite bekannt ist.In order not to overload the battery and not to lie with the vehicle, it may be provided according to an advantageous development of the method that the switchover to the battery mode even if the preselected residual amount of hydrogen only occurs when with the current state of charge the electrical energy storage device, the required residual range is achieved. This mode is particularly advantageous when a navigation device is used and the required remaining range is known.

Im Notfall lässt sich das Fahrzeug jedoch auch bei komplett leerer elektrischer Energiespeichereinrichtung immer noch mit dem Wasserstoff betreiben, sodass ein unmittelbares Liegenbleiben des Fahrzeugs ohnehin nicht zu befürchten ist.In an emergency, however, the vehicle can still be operated with the hydrogen even when the electrical energy storage device is completely empty, so that an immediate stoppage of the vehicle is not to be feared in any case.

Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können dabei neben den Daten eines Navigationsgeräts beim Umschalten auch Wetter-, Verkehrs- und/oder Landschaftsdaten mit berücksichtigt werden, um ein sicheres Erreichen des Ziels zu gewährleisten.According to a further very advantageous embodiment of the method according to the invention, in addition to the data of a navigation device when switching, weather, traffic and / or landscape data can be taken into account in order to ensure a safe achievement of the goal.

Eine außerordentlich günstige Ausgestaltung der Idee sieht es dabei vor, dass die Vorwahl der Restmenge an Wasserstoff über virtuelle oder reale Taster manuell erfolgt. Insbesondere können in einem Touchscreen als Multifunktionsdisplay Taster für den Betriebsmodus eingeblendet sein. Wählt der Nutzer des Fahrzeugs dabei den Betrieb im Batteriemodus vor, werden ihm im Anschluss verschiedene Restmengen an Wasserstoff in dem Wasserstofftank angeboten, welche jeweils unterhalb der aktuell erfassten Restmenge liegen. Dies können beispielsweise Restmengen in 25%-Schritten sein, sodass bei einer Restmenge von 80% an Wasserstoff in dem Wasserstoffspeicher Taster mit 75%, 50% oder 25% angeboten werden.An extraordinarily favorable embodiment of the idea provides that the preselection of the residual quantity of hydrogen via manual or virtual pushbuttons takes place manually. In particular, buttons for the operating mode can be displayed in a touchscreen as a multifunction display. If the user of the vehicle selects the operation in battery mode, he is then offered various remaining amounts of hydrogen in the hydrogen tank, which are each below the currently detected residual quantity. This can be, for example, residual amounts in 25% steps, so that with a residual amount of 80% of hydrogen in the hydrogen storage buttons with 75%, 50% or 25% are offered.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung sieht es dabei ferner vor, dass beim Erreichen eines minimalen vorgegebenen Ladezustands der elektrischen Energiespeichereinrichtung der Batteriemodus verlassen wird. Über diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die Batterie hinsichtlich ihrer Lebensdauer zu schonen und eine sogenannte Tiefentladung zu vermeiden. Das Fahrzeug kann dann dennoch weiterfahren, da typischerweise noch Restwasserstoff entsprechend den Vorgaben des Nutzers vorhanden ist.A further very advantageous embodiment also provides that the battery mode is exited when a minimum predefined state of charge of the electrical energy storage device is reached. About this embodiment of the method according to the invention, it is possible to protect the battery in terms of their life and to avoid a so-called over-discharge. The vehicle can still drive on, since typically residual hydrogen is still present according to the specifications of the user.

Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung der Idee kann es dabei außerdem vorsehen, dass die Vorgabe des minimalen Ladezustands in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen variabel ist. Solche Umgebungsbedingungen können insbesondere Temperaturen umfassen, sodass je nach Temperatur der minimale Ladezustand variiert wird. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen und dementsprechend für den nächsten Start benötigten höheren Energiemengen aus der elektrischen Energiespeichereinrichtung den minimalen Ladezustand anzuheben, um einen sicheren Wiederstart des Fahrzeugs in jedem Fall zu gewährleisten.A very advantageous development of the idea can also provide that the specification of the minimum state of charge as a function of environmental conditions is variable. Such ambient conditions may in particular include temperatures, so that the minimum state of charge is varied depending on the temperature. This makes it possible, for example, at very low ambient temperatures and therefore required for the next start higher amounts of energy from the electrical energy storage device to raise the minimum state of charge to ensure a safe restart of the vehicle in each case.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden auch aus dem Ausführungsbeispiel deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.Further advantageous embodiments will become apparent from the embodiment, which is described below with reference to the figures.

Dabei zeigen:

1 ein prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug und;
2 ein beispielhaftes Bediengerät;

Showing:

1 a principle indicated vehicle and;
2 an example operator panel;

In der Darstellung der 1 ist ein Fahrzeug 1 prinzipmäßig angedeutet. Dies soll über einen elektrischen Traktionsmotor 2 elektrisch angetrieben werden. Rein beispielhaft ist hier eine Verbindung des elektrischen Traktionsmotors 2 mit zwei angetriebenen Rädern 3 über eine Welle angedeutet. Der elektrische Traktionsmotor 2 wird über eine Leistungselektronik 4 angesteuert. Die Leistungselektronik steht dabei mit einer elektrischen Energiespeichereinrichtung in Form einer Traktionsbatterie 5 einerseits und einer Brennstoffzelle 6 eines Brennstoffzellensystems andererseits in zumindest mittelbarer elektrischer Verbindung. Das Fahrzeug 1 kann also sowohl mit elektrischer Leistung aus der Traktionsbatterie 5 als auch mit elektrischer Leistung aus der Brennstoffzelle 6, zumindest mittelbar, indem die Brennstoffzelle 6 die Traktionsbatterie 5 nachlädt, bevorzugt jedoch auch direkt, also ohne den Umweg über die Traktionsbatterie 5, betrieben werden.In the presentation of the 1 is a vehicle 1 indicated in principle. This is about an electric traction motor 2 be driven electrically. Purely by way of example here is a connection of the electric traction motor 2 with two driven wheels 3 indicated by a wave. The electric traction motor 2 is about a power electronics 4 driven. The power electronics stands with an electric energy storage device in the form of a traction battery 5 on the one hand and a fuel cell 6 a fuel cell system on the other hand in at least indirect electrical connection. The vehicle 1 So both with electric power from the traction battery 5 as well as with electrical power from the fuel cell 6 , at least indirectly, by the fuel cell 6 the traction battery 5 recharges, but preferably also directly, so without the detour via the traction battery 5 , operate.

Die Traktionsbatterie 5 bietet die Möglichkeit, über ein Ladegerät 7 und einen externen Stromanschluss 8 nachgeladen zu werden, es handelt sich also um ein sogenanntes Plug-In-Fahrzeug 1. Parallel dazu nimmt die Traktionsbatterie 5 beim Abbremsen des Fahrzeugs 1 über den Traktionsmotor 2 im generatorischen Betrieb anfallende Leistung auf. Außerdem ist ein Nachladen der Traktionsbatterie 5 auch über ein Ladegerät 9, welches die Traktionsbatterie 5 mit der Brennstoffzelle 6 verbindet, möglich. Die Brennstoffzelle 6 selbst besteht aus einem Stapel von Einzelzellen, beispielsweise in PEM-Technologie. Diese verfügen über einen Kathodenraum 10 sowie einen durch die protonenleitenden Membranen hiervon abgetrennten Anodenraum 11. Dem Kathodenraum 10 wird Luft als Sauerstofflieferant über eine Luftfördereinrichtung 12, beispielsweise einen Strömungsverdichter, zugeführt. Abluft gelangt über die Abluftleitung 13 aus dem System. Dem Anodenraum 11 der Brennstoffzelle 6 wird Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher als Wasserstoffspeicher 14 über eine Druckregel- und Dosiereinheit 15 zur Verfügung gestellt. In dem hier dargestellten sehr stark vereinfachten Ausführungsbeispiel des Brennstoffzellensystems gelangt das Abgas aus dem Anodenraum 11 ebenfalls in die Abgasleitung 13 und durch die Abluft verdünnt in die Umgebung. In der Praxis kann dies auch anders realisiert sein, beispielsweise mit einem sogenannten Anodenkreislauf oder ähnlichem. All dies ist dem Fachmann der Brennstoffzellensysteme bekannt, sodass hierauf nicht weiter eingegangen werden muss. The traction battery 5 offers the possibility of having a charger 7 and an external power connector 8th to be recharged, so it is a so-called plug-in vehicle 1 , In parallel, the traction battery takes 5 when braking the vehicle 1 over the traction motor 2 in regenerative operation resulting power. There is also a recharge of the traction battery 5 also via a charger 9 which is the traction battery 5 with the fuel cell 6 connects, possible. The fuel cell 6 itself consists of a stack of single cells, for example in PEM technology. These have a cathode compartment 10 and an anode compartment separated by the proton-conducting membranes thereof 11 , The cathode compartment 10 Air becomes an oxygen supplier via an air conveyor 12 , For example, a flow compressor supplied. exhaust passes through the exhaust air line 13 from the system. The anode compartment 11 the fuel cell 6 Hydrogen is from a compressed gas storage as hydrogen storage 14 via a pressure regulating and dosing unit 15 made available. In the very simplified embodiment of the fuel cell system shown here, the exhaust gas passes from the anode compartment 11 also in the exhaust pipe 13 and diluted by the exhaust air into the environment. In practice, this can also be realized differently, for example with a so-called anode circuit or the like. All this is known to the person skilled in the fuel cell systems, so it need not be discussed further here.

Das Fahrzeug 1 und sein elektrisches Antriebssystem werden über ein Steuergerät 16 gesteuert und/oder geregelt. Hierfür sind rein beispielhaft Wirkverbindungen des Steuergeräts 16 mit der Brennstoffzelle 6, der Traktionsbatterie 5, und den Ladegeräten 7, 9 angedeutet. Eine weitere optionale Verbindung des Steuergeräts 16 besteht zu einem Navigationssystem 17 des Fahrzeugs, welches über einen GPS-Sensor 18 die jeweils aktuelle Position des Fahrzeugs 1 ermittelt und anhand von gespeicherten Kartendaten eine Routenplanung vornimmt. Entweder das Navigationssystem 17, oder wie hier angedeutet das mit ihm in korrespondierender Verbindung stehende Steuergerät 16, kann außerdem über Telekommunikationsmittel mit einer externen Datenverarbeitungseinrichtung, beispielsweise in einer Cloud 19, in Verbindung stehen. Rechenvorgänge können so beispielsweise ausgelagert werden, oder Informationen können von der Cloud 19 zu dem Fahrzeug 1 übertragen werden, und umgekehrt. Dies kann beispielsweise genutzt werden, um über Telekommunikationsmittel Ladestationen vorzureservieren oder ähnliches, wie es prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt ist. Ferner ist das Steuergerät 16 mit einem angedeuteten Bediengerät 20 verbunden.The vehicle 1 and its electric drive system are via a control unit 16 controlled and / or regulated. For this purpose, purely exemplary active compounds of the control unit 16 with the fuel cell 6 , the traction battery 5 , and the chargers 7 . 9 indicated. Another optional connection of the controller 16 consists of a navigation system 17 of the vehicle, which has a GPS sensor 18 the current position of the vehicle 1 determined and based on stored map data makes a route planning. Either the navigation system 17 , or as indicated here, the control device connected to it in a corresponding connection 16 , can also via telecommunication means with an external data processing device, for example in a cloud 19 , stay in contact. Calculations can be outsourced, for example, or information can be from the cloud 19 to the vehicle 1 be transferred, and vice versa. This can be used, for example, to pre-reserve charging stations via telecommunication means or the like, as is known in principle from the prior art. Further, the controller 16 with an indicated operator panel 20 connected.

Über das Steuergerät 16 kann nun eine entsprechende Betriebsführung des Fahrzeugs 1 realisiert werden. Beispielsweise kann die Kapazität der Traktionsbatterie 5 in der Größenordnung von 30 kWh liegen. Das Brennstoffzellensystem kann über eine Leistung von ca. 40 kW bis 50 kW verfügen. Ein solches Brennstoffzellensystem hat dabei wirtschaftliche Vorteile gegenüber einem größeren Brennstoffzellensystem mit höherer Leistung und insbesondere höherer Dynamik. Durch die Nutzung von Energie sowohl aus der relativ großen Traktionsbatterie 5 als auch der Brennstoffzelle 6 direkt, oder zum Nachladen der Traktionsbatterie 5, ist es nämlich möglich, den Grundlastbetrieb in vorteilhafter Weise hier mit der Brennstoffzelle 6 zu realisieren, wenn nicht rein elektrisch gefahren werden soll, und die Spitzen über die Traktionsbatterie 5 bereitzustellen. Hierdurch ist eine hohe Dynamik trotz des vergleichsweise einfachen und kostengünstigen Brennstoffzellensystems möglich.About the control unit 16 can now a corresponding operation of the vehicle 1 will be realized. For example, the capacity of the traction battery 5 are on the order of 30 kWh. The fuel cell system can have an output of approx. 40 kW to 50 kW. Such a fuel cell system has economic advantages over a larger fuel cell system with higher power and in particular higher dynamics. By using energy from both the relatively large traction battery 5 as well as the fuel cell 6 directly, or to recharge the traction battery 5 , Namely, it is possible, the base load operation in an advantageous manner here with the fuel cell 6 to realize, if not to be driven purely electric, and the tips of the traction battery 5 provide. As a result, high dynamics is possible despite the comparatively simple and inexpensive fuel cell system.

Dadurch, dass die Brennstoffzelle 6 mit Wasserstoff aus dem Druckgasspeicher 14 betreiben wird, ist ein komplett emissionsfreier Betrieb des Fahrzeugs 1 sowohl aus der Traktionsbatterie 5 als auch mit der Brennstoffzelle 6 möglich. Hierdurch kann ein sogenannter „verschliffener“ Betrieb zwischen der Traktionsbatterie 5 und der Brennstoffzelle 6 umgesetzt werden, ohne Gefahr laufen zu müssen, dass die Traktionsbatterie 5 nicht nachgeladen werden kann bzw. darf wenn dies notwendig ist, da zum jeweiligen Zeitpunkt bzw. am jeweiligen Ort keine Emissionen erzeugt werden dürfen. Dies bietet den Vorteil, dass der Einsatz sowohl der Traktionsbatterie 5 als auch der Brennstoffzelle 6 praktisch komplett variabel ist und sich somit an die jeweilige Situation ideal anpassen kann.Because of the fuel cell 6 with hydrogen from the compressed gas storage 14 operate is a completely emission-free operation of the vehicle 1 both from the traction battery 5 as well as with the fuel cell 6 possible. This allows a so-called "sanded" operation between the traction battery 5 and the fuel cell 6 be implemented without having to risk the traction battery 5 can not be recharged or may, if necessary, because no emissions may be generated at the respective time or place. This offers the advantage of using both the traction battery 5 as well as the fuel cell 6 is virtually completely variable and thus can adapt to the situation ideally.

In der Darstellung der 2 ist rein beispielhaft das Bediengerät 20 als Interface zwischen dem Nutzer und dem Fahrzeug 1 gezeigt. Es kann sich dabei beispielsweise um einen Touchscreen als Multifunktionsdisplay in dem Fahrzeug 1 handeln. Neben einer automatischen Auswahl der einzelnen Betriebsmodi über das Steuergerät 16 kann ergänzend oder alternativ hierzu die Auswahl durch den Nutzer an diesem Bediengerät 20 erfolgen. Dafür werden dem Nutzer in dem dargestellten Ausführungsbeispiel virtuelle Taster 21, 22 angeboten, welche über eine entsprechende Bezeichnung, ein Piktogramm oder dergleichen die verschiedenen Betriebsmodi darstellen. Der mit 22 bezeichnete Taster soll dabei für einen Batteriemodus stehen, in welchem Wasserstoff eingespart wird, indem kein Wasserstoff in der Brennstoffzelle 6 umgesetzt wird. Dazu wird die gesamte für den Vortrieb nötige Leistung aus der Traktionsbatterie 5 geliefert. Durch die Betätigung des Tasters 22 wählt der Nutzer des Fahrzeugs 1 dabei diesen Batteriemodus vor. Er wird in der Praxis nicht zwingend unmittelbar aktiviert. Vielmehr kann dem Nutzer des Fahrzeugs 1 dann eine weitere Auswahl angeboten werden, wie es in der Darstellung der 2 angedeutet ist. Diese Auswahl ermöglicht ihm, über weitere Taster 23 eine vorgegebene Restmenge an Wasserstoff in dem Wasserstoffspeicher 14 auszuwählen, welche er in jedem Falle behalten will. Rein beispielhaft sind dies hier 25%, 50% oder 75% der Menge, die in dem Wasserstoffspeicher 14 aufgenommen werden kann. Anstelle einer manuellen Vorwahl kann hier auch eine beispielsweise durch den Fahrer programmierte oder durch das Herstellungswerk des Fahrzeugs 1 programmierte Voreinstellung fest vorgegeben sein.In the presentation of the 2 is purely an example of the HMI device 20 as an interface between the user and the vehicle 1 shown. It may be, for example, a touch screen as a multifunction display in the vehicle 1 act. In addition to an automatic selection of the individual operating modes via the control unit 16 may additionally or alternatively to the selection by the user on this HMI device 20 respectively. For this purpose, the user in the illustrated embodiment, virtual buttons 21 . 22 offered, which represent the various operating modes via a corresponding name, a pictogram or the like. The designated 22 button is intended to stand for a battery mode in which hydrogen is saved by no hydrogen in the fuel cell 6 is implemented. For this, the entire power required for the propulsion from the traction battery 5 delivered. By pressing the button 22 selects the user of the vehicle 1 while this battery mode. It is not necessarily activated immediately in practice. Rather, the user of the vehicle can 1 Then another selection will be offered, as shown in the illustration 2 is indicated. This selection allows him to use more buttons 23 a predetermined residual amount of hydrogen in the hydrogen storage 14 which he wants to keep in any case. For example, here are 25%, 50% or 75% of the amount in the hydrogen storage 14 can be included. Instead of a manual preselection can also be programmed here, for example, by the driver or by the manufacturing plant of the vehicle 1 programmed preset must be fixed.

Sobald diese vorgewählte Restmenge an Wasserstoff in dem Wasserstoffspeicher 14 erreicht ist, schaltet das Fahrzeug 1 bzw. das Steuergerät 16 automatisch in den Batteriemodus und der Ladezustand der Traktionsbatterie 5 nimmt bis zum Erreichen des Fahrziels dementsprechend ab, während kein Wasserstoff mehr verbraucht wird. Dies kann solange erfolgen, bis ein erlaubter Mindestladezustand der Traktionsbatterie 5 erreicht ist, sodass diese vor der Tiefentladung und damit einer Schädigung bewahrt wird. Am Fahrziel kann dann nach Möglichkeit die maximale Ladekapazität der Traktionsbatterie 5 über das Ladegerät 7 und den Stromanschluss 8 nachgeladen werden. So steht für die nächste Fahrt dann wieder die maximal mögliche Reichweite aus der Traktionsbatterie 5 alleine zur Verfügung.Once this preselected residual amount of hydrogen in the hydrogen storage 14 is reached, the vehicle turns off 1 or the control unit 16 automatically into battery mode and the State of charge of the traction battery 5 decreases accordingly until reaching the destination, while no more hydrogen is consumed. This can be done until a permitted minimum state of charge of the traction battery 5 is reached so that it is preserved from deep discharge and thus damage. At the destination can then, if possible, the maximum charge capacity of the traction battery 5 over the charger 7 and the power connection 8th be reloaded. So for the next ride, the maximum possible range is again from the traction battery 5 available alone.

Wie bereits erwähnt kann die gewünschte Restwasserstoffmenge für den Batteriemodus manuell über das Bediengerät 20 eingegeben werden. Dies kann vor oder während der Fahrt erfolgen. Im Batteriemodus kann dann automatisch unter Berücksichtigung von Navigations-, Landschafts-, Verkehrs- und/oder Wetterdaten berücksichtigt werden, ob das gewünschte Fahrziel innerhalb der berechneten Reichweite aus der Traktionsbatterie 5 liegt. Wenn gleichzeitig die Restwasserstoffmenge entsprechend der Vorgabe erreicht ist, wird dann automatisch der bereits vorgewählte Batteriemodus eingeschaltet und beibehalten. Am Fahrziel hat die Traktionsbatterie 5 dann den beabsichtigten geringen Ladezustand, um so die maximale elektrische Energiemenge über den Stromanschluss 8 nachladen zu können. Sollte es während der Fahrt dazu kommen, dass sich die aktuelle Reichweite verringert oder sich Zielparameter verändern, dann kann die Brennstoffzelle 6 wiederum zugeschaltet werden, sodass ein minimaler Ladezustand der Traktionsbatterie 5 in jedem Fall erhalten bleibt. Dieser minimale Ladezustand der Traktionsbatterie 5 lässt sich dabei auch entsprechend äußerer Bedingungen wie beispielsweise der Temperaturen anpassen, sodass bei sehr niedrigen Temperaturen immer noch eine ausreichende Restenergiemenge in der Traktionsbatterie 5 verbleibt.As already mentioned, the desired amount of residual hydrogen for the battery mode can be set manually via the HMI device 20 be entered. This can be done before or during the journey. In battery mode can then be automatically considered, taking into account navigation, landscape, traffic and / or weather data, whether the desired destination within the calculated range from the traction battery 5 lies. If, at the same time, the amount of residual hydrogen is reached in accordance with the specification, the already preselected battery mode is then automatically switched on and maintained. At the destination has the traction battery 5 then the intended low state of charge, so the maximum amount of electrical energy through the power connector 8th to be able to reload. Should it happen while driving that the current range is reduced or the target parameters change, then the fuel cell can 6 turn on, leaving a minimal charge state of the traction battery 5 in any case is preserved. This minimal charge state of the traction battery 5 It can also be adjusted according to external conditions such as the temperatures, so that at very low temperatures still a sufficient amount of residual energy in the traction battery 5 remains.

Prinzipiell lässt sich diese Idee selbstverständlich auch umkehren, sodass eine minimale Restlademenge in der Traktionsbatterie 5 entsprechend vorgegeben wird und dementsprechend bevorzugt oder ausschließlich mit Wasserstoff aus dem Wasserstoffspeicher 14 und der Brennstoffzelle 6 gefahren wird, um beim Erreichen des nächsten Zwischenziels, welches eine Wasserstofftankstelle ist, diesen Wasserstoffspeicher 14 nachtanken zu können.In principle, this idea can of course be reversed, so that a minimal residual charge in the traction battery 5 is given according to and accordingly preferably or exclusively with hydrogen from the hydrogen storage 14 and the fuel cell 6 is driven to reach the next interim destination, which is a hydrogen filling station, this hydrogen storage 14 to be able to refuel.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009017458 A1 [0003]
DE 102015212805 A1 [0004]
DE 102016201212 A1 [0005]

Claims

A method of operating a vehicle (1) powered by a fuel cell / battery hybrid system, the fuel cell system receiving hydrogen from a hydrogen storage (14), the vehicle (1) having a plurality of switchable modes of operation, one of Operating modes is designed as a battery mode, in which the entire drive power from an electrical energy storage device (5), without hydrogen in the fuel cell (6) is implemented, characterized in that, a manual preselection of the battery mode is carried out, then only then automatically is switched to the battery mode when a preselected residual amount of hydrogen in the hydrogen storage (14) is reached.

Method according to Claim 1 , characterized in that the switchover to the battery mode also occurs in the presence of the preselected residual amount of hydrogen only when the required residual range is achieved with the current state of charge of the electrical energy storage device (5).

Method according to Claim 2 , characterized in that the required residual range is determined from navigation data.

Method according to Claim 2 or 3 , characterized in that the required residual range is determined taking into account weather, traffic and / or landscape data.

Method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that a preselection of the residual amount of hydrogen via virtual or real buttons (23) is done manually.

Method according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that upon reaching a minimum predetermined state of charge of the electrical energy storage device (5) the battery mode is left.

Method according to Claim 6 , characterized in that the specification of the minimum state of charge is varied as needed depending on environmental conditions.