DE102017214389A1 - Verfahren zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems (100) eines Kraftfahrzeuges, aufweisend folgende Schritte:a) Bestimmen mindestens eines Betriebsparameters (T, P, F) des Brennstoffzellensystems (100),b) Erstellen einer Prognose für den Verlauf des Betriebsparameters (T, P, F) des Brennstoffzellensystems (100) über eine bestimmte Zeitdauer (t),c) Erhalten mindestens eines Prognosewertes (T+ΔT, P+ΔP, F+ΔF) des Betriebsparameters (T, P, F) des Brennstoffzellensystems (100) für einen Zeitpunkt (ti) innerhalb der Zeitdauer (t),d) Überprüfen, ob der Prognosewert (T+ΔT, P+ΔP, F+ΔF) innerhalb eines zulässigen Wertebereiches (T1-T2, P1-P2, F1-F2) liegt,e) Einleiten mindestens eines Trocknungsvorganges des Brennstoffzellensystems (100) im Kraftfahrzeug zum Zeitpunkt (ti), wenn sich der Prognosewert (T+ΔT, P+ΔP, F+ΔF) außerhalb des zulässigen Wertebereiches (T1-T2, P1-P2, F1-F2) befindet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruches.
  • Stand der Technik
  • Bei Verwendung von Brennstoffzellen entsteht auf einer Kathodenseite eines Brennstoffzellensystems Produktwasser. Damit das Produktwasser bei Minustemperaturen nicht in Kathodenluftkanälen des Brennstoffzellensystems gefriert und diese verschließt, wird beim Abstellen des Brennstoffzellensystems mindestens eine Kathodenleitung trockengeblasen. Dafür wird ein Luftgebläse bzw. ein Luftverdichter für einige Sekunden, bspw. 20 bis 30 s, bei voller Leistung betrieben. Bei manchen Brennstoffzellensystemen wird ein Trocknungsvorgang abhängig von mindestens einem Betriebsparameter der Brennstoffzelle, wie z. B. der Stack-Temperatur im Moment des Abstellens des Systems, eingeleitet. Bei manch anderen Brennstoffzellensystemen wird ein Trocknungsvorgang in Abhängigkeit von einem Sommer- und einem Wintermodus eingeleitet. Für den Sommermodus wird angenommen, dass die Brennstoffzelle bei Plustemperaturen abgestellt und gehalten wird. Für den Wintermodus wird angenommen, dass die Brennstoffzelle bei Minustemperaturen abgestellt und gehalten wird. Die Trocknung des Brennstoffzellen-Stacks ist mit einem zusätzlichen Energieaufwand verbunden. Bei den bekannten Verfahren wird häufig der Trocknungsvorgang durchgeführt, obwohl keine Gefahr des Einfrierens besteht. Es wird also mehr Energie aufgewendet als tatsächlich notwendig ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems eines Kraftfahrzeuges nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch vor. Weitere Vorteile, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten kann im Sinne der Erfindung wechselseitig Bezug genommen werden.
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems eines Kraftfahrzeuges bereit, aufweisend folgende Schritte:
    1. a) Bestimmen mindestens eines Betriebsparameters des Brennstoffzellensystems,
    2. b) Erstellen einer Prognose für den Verlauf des Betriebsparameters des Brennstoffzellensystems über eine bestimmte Zeitdauer,
    3. c) Erhalten mindestens eines Prognosewertes des Betriebsparameters des Brennstoffzellensystems für einen Zeitpunkt innerhalb der Zeitdauer,
    4. d) Überprüfen, ob der Prognosewert innerhalb eines zulässigen Wertebereiches liegt,
    5. e) Einleiten mindestens eines Trocknungsvorganges des Brennstoffzellensystems im Kraftfahrzeug zum Zeitpunkt, wenn sich der Prognosewert außerhalb des zulässigen Wertebereiches befindet.
  • Vor dem Einleiten der erfindungsgemäßen Schritte a) bis e) können optional folgende Schritte vorgesehen sein:
    1. I) Beendigung der Entnahme einer elektrischen Leistung aus dem Brennstoffzellensystem,
    2. II) Beendigung der Zufuhr eines Anodenfluides.
  • In den Schritten I) und II) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Betrieb des Brennstoffzellensystems beendet. Zur Durchführung des Schritts II) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann bspw. ein Absperrventil geschlossen werden, das die Zuführung von Wasserstoff aus einem Wasserstoffreservoir unterbindet. Die Schritte I) und II) des erfindungsgemäßen Verfahrens können dabei entweder nacheinander oder auch gleichzeitig durchgeführt werden.
  • Im Schritt a) kann der mindestens eine Betriebsparameter des Brennstoffzellensystems zumindest eine Temperatur, einen Druck und/oder eine relative Feuchte innerhalb und/oder außerhalb des Brennstoffzellensystems bzw. innerhalb und/oder außerhalb des Kraftfahrzeuges umfassen. Der mindestens eine Betriebsparameter kann bspw. durch eine im Kraftfahrzeug vorhandene Sensorik gemessen oder durch eine fahrzeugexterne Überwachungseinheit aufgrund der aktuellen Fahrzeugposition und/oder der lokalen Wetterdaten und/oder den aktuellen Umgebungsbedingungen des Kraftfahrzeuges ermittelt werden.
  • Im Schritt b) kann als eine bestimmte Zeitdauer für die Prognose ein Maximum zwischen einer prognostizierten Parkdauer und/oder einer geschätzten Dauer des Vorhandenseins eines restlichen Brennstoffs im Brennstoffzellensystem ausgewählt werden. Dabei kann eine geplante Parkdauer relevant sein, da bei einem kurzen Halten, bspw. zum Auslassen von Fahrgästen oder Parken zum Einkaufen, ein Trocknungsvorgang überflüssig sein kann. Die geplante Parkdauer kann bspw. aus den Umgebungsdaten abgelesen werden, wie z. B. öffentlicher Parkplatz oder eingeschränktes Parkverbot, oder aktiv durch den Benutzer eingegeben werden, bspw. in einem Kommunikationsgerät innerhalb des Kraftfahrzeuges oder in einem Smartphone, welches mit der fahrzeugseitigen Steuereinheit verbunden werden kann. Die geschätzte Dauer des Vorhandenseins eines restlichen Brennstoffs im Brennstoffzellensystem kann relevant sein, da währenddessen eine unkontrollierte elektrochemische Reaktion im Brennstoffzellensystem noch ablaufen und auf der Kathodenseite des Brennstoffzellensystems Produktwasser entstehen kann.
  • Als Prognose kann im Schritt b) der erwartete Verlauf des Betriebsparameters bestimmt werden. Dabei können mindestens ein, insbesondere mehrere gemessene Werte des Betriebsparameters durch die im Kraftfahrzeug vorhandene Sensorik oder mindestens ein, insbesondere mehrere ermittelte Werte des Betriebsparameters durch eine fahrzeugexterne Überwachungseinheit berücksichtigt werden. Weiterhin ist es denkbar, dass zum Erstellen der Prognose nur ein Wert des Betriebsparameters, sei es lokal gemessen oder entfernt ermittelt, und die lokalen Wetterdaten sowie die Wetterprognosedaten an der Parkkoordinate des Kraftfahrzeuges berücksichtigt werden.
  • Im Schritt c) wird mindestens ein Prognosewert des Betriebsparameters des Brennstoffzellensystems für einen Zeitpunkt innerhalb der Zeitdauer, vorzugsweise für mehrere Zeitpunkte innerhalb der Zeitdauer, bestimmt. Somit kann sichergestellt werden, dass der Trocknungsbedarf innerhalb der Zeitdauer erkannt werden kann, während der es zu einem Trocknungsbedarf des Brennstoffzellensystems kommen kann, wenn sich der Prognosewert des Betriebsparameters außerhalb des zulässigen Wertebereiches befindet.
  • Im Schritt e) wird mindestens ein Trocknungsvorgang eingeleitet, wenn damit gerechnet werden kann, dass im Laufe der Zeitdauer ein Trocknungsbedarf des Brennstoffzellensystems entsteht, bspw. aktuell vorliegt oder sich entwickelt. Dabei kann im Rahmen der Erfindung unter einem Trocknungsbedarf verstanden werden, dass sich zumindest zu einem Punkt innerhalb der Zeitdauer die Feuchtigkeit im Brennstoffzellensystem befindet, die nicht von alleine verdunsten kann. Wird z. B. das Brennstoffzellensystem nass abgestellt, das Fahrzeug aber an einem warmen und trockenen Ort geparkt, besteht kein Bedarf zum Trocknen des Brennstoffzellensystems, weil die Restfeuchtigkeit auch von alleine verdunsten kann. Die Prognose für die Zeitdauer lautet dabei, dass der Betriebsparameter sich innerhalb der Zeitdauer nicht außerhalb des zulässigen Wertebereiches entfernt, sodass die Gefahr des Gefrierens nicht besteht. Wird wiederum das Brennstoffzellensystem mit einer, wenn auch sehr kleinen, Restmenge an Feuchtigkeit abgestellt, das Kraftfahrzeug aber an einem feuchten und kühlen Ort geparkt, kann die Feuchtigkeit womöglich nicht von alleine verdampfen. Wird gleichzeitig eine Temperatursenkung erwartet, besteht die Gefahr des Gefrierens. Die Prognose für die Zeitdauer lautet dabei, dass der Betriebsparameter sich innerhalb der Zeitdauer außerhalb des zulässigen Wertebereiches entfernt, sodass ein Trocknungsvorgang nach dem Abstellen des Kraftfahrzeuges notwendig ist.
  • Weiterhin kann sich ein Trocknungsbedarf auch im späteren Zeitverlauf entwickeln, nach dem das Kraftfahrzeug bereits über längere Zeit abgestellt wurde. Denkbar ist dabei, dass das erfindungsgemäße Verfahren durch Erstellen der Prognose diesen späteren Trocknungsbedarf vorsehen und mindestens einen weiteren Trocknungsvorgang im späteren Zeitverlauf einleiten kann, um dem Trocknungsbedarf zu begegnen. Zudem ist es denkbar, dass das Verfahren mindestens einmal, vorzugsweise mehrmals wiederholt werden kann, um eine Überwachungsfunktion für den Trocknungsbedarf des Brennstoffzellensystems sicherzustellen.
  • Ein wesentlicher Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass beim Abstellen des Brennstoffzellensystems ein Trocknungsvorgang nur dann und/oder erst dann eingeleitet wird, wenn mindestens ein Betriebsparameter des Brennstoffzellensystems außerhalb eines zulässigen Bereiches liegt, liegen wird und/oder voraussichtlich nach der Prognose liegen wird. Dies kann entweder direkt beim Abstellen des Brennstoffzellensystems und/oder erst nach einiger Zeit, bspw. in der Nacht, der Fall sein, und zwar unabhängig davon, ob das Brennstoffzellensystem trocken (für weitere Trocknungsvorgänge) oder nass (für einen ersten und ggf. weitere Trocknungsvorgänge) abgestellt wurde. Dabei kann der erfindungsgemäße Trocknungsvorgang sogar dann eingeleitet werden, wenn das Brennstoffzellensystem bereits seit einer längeren Zeit abgestellt und eine fahrzeugseitige Steuereinheit ausgeschaltet wurde. Bspw. kann ein Trocknungsvorgang erst dann notwendig sein, wenn die Umgebungstemperatur des Brennstoffzellensystems unter 5°C fällt. Bei höheren Temperaturen kann das Produktwasser ggf. auch ohne eines energieaufwendigen Trocknungsvorganges verdunsten.
  • Aktuelle Druck- und/oder Feuchtigkeitswerte außerhalb des Brennstoffzellensystems können die Druck- und/oder Feuchtigkeitswerte innerhalb des Brennstoffzellensystems ebenfalls beeinflussen. So kann bei trockenem und warmem Wetter, bspw. in einem Hochdruckgebiet im Sommer, ein Trocknungsvorgang überflüssig sein. Andererseits kann auch im Sommer bei Regen und/oder einer hohen Luftfeuchtigkeit ein selbstständiges Verdunsten von Produktwasser erschwert sein, sodass auch bei einer relativ hohen Umgebungstemperatur dennoch ein Trocknungsvorgang nach dem Abstellen des Brennstoffzellensystems sinnvoll sein könnte.
  • Zudem kann im Rahmen der Erfindung nicht nur ein, sondern mehrere Trocknungsvorgänge vorteilhaft sein, die in bestimmten Zeit- und/oder Temperaturintervallen ausgeführt werden können, um bspw. Kondenswasser innerhalb des Brennstoffzellensystems zu trocknen.
  • Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Gefahr des Einfrierens des restlichen Produktwassers im Brennstoffzellensystem und der Energieaufwand für die Trocknungsvorgänge deutlich reduziert werden. Insgesamt wird somit die Funktionalität des Brennstoffzellensystems verbessert und seine Lebensdauer erhöht.
  • Ferner kann ein Verfahren im Sinne der Erfindung vorsehen, dass im Schritt a) der Betriebsparameter des Brennstoffzellensystems am Kraftfahrzeug gemessen wird. Zudem ist es denkbar, dass der Betriebsparameter in nur einem Schritt a) mehrmals wiederholt (bzw. kontinuierlich während einer Referenzzeitdauer) gemessen werden kann, um mehrere Referenzwerte zum Erstellen der Prognose zu erhalten. Zudem ist es denkbar, dass das erfindungsgemäße Verfahren mehrmals nacheinander ausgeführt werden kann, um die Prognose für den Verlauf des Betriebsparameters zu aktualisieren. Vorteilhafterweise können zum Messen des Betriebsparameters fahrzeuginterne Sensoren verwendet werden.
  • Weiterhin kann ein Verfahren im Sinne der Erfindung vorsehen, dass im Schritt a) die aktuellen Wetterdaten und/oder Umgebungsbedingungen in Abhängigkeit von der Koordinate des Kraftfahrzeuges berücksichtigt, insbesondere über das Internet abgerufen, werden. Mit den aktuellen Wetterdaten und/oder Umgebungsbedingungen kann die Prognose für den Verlauf des Betriebsparameters verbessert werden, wenn der Betriebsparameter am Kraftfahrzeug gemessen wird. Außerdem kann durch Heranziehen von Wetterdaten und/oder Umgebungsbedingungen der Vorteil erreicht werden, dass der Betriebsparameter anhand der Koordinate des Kraftfahrzeuges, bspw. durch eine fahrzeugexterne Überwachungseinheit, bestimmt werden kann, sodass die fahrzeugseitigen Sensoren und eine fahrzeugseitige Steuereinheit nach dem Abstellen des Kraftfahrzeuges ausgeschaltet werden können, ohne die Energie zum Messen des Betriebsparameters zu verbrauchen. Weiterhin ist es denkbar, dass zum Erstellen der Prognose für den Betriebsparameter die Wetterprognose herangezogen wird. Die Koordinate des Kraftfahrzeuges kann als eine GPS-Position (gemeint ist eine definierte geografische Standortposition) des Kraftfahrzeuges an eine fahrzeugexterne Überwachungseinheit übermittelt werden. Mithilfe der GPS-Position des Kraftfahrzeuges kann der Betriebsparameter in der Umgebung des Kraftfahrzeuges und die Art dessen Umgebung, bspw. eine Garage oder ein Parkplatz unter einem freien Himmel, ermittelt werden. Eine Navigationseinheit ist vorteilhafterweise in vielen Kraftfahrzeugen vorhanden und kann die GPS-Position des Kraftfahrzeuges an die fahrzeugexterne Überwachungseinheit übermitteln. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass der Benutzer des Kraftfahrzeuges auf seinem mobilen Telefon bzw. Smartphone eine GPS-Funktion haben kann, um die Position des Kraftfahrzeuges an die fahrzeugexterne Überwachungseinheit zu übermitteln. Zudem können die Verfahrensschritte mithilfe einer APP (Computerprogramm) auf einem Smartphone visualisiert werden.
  • Des Weiteren kann ein Verfahren im Sinne der Erfindung vorsehen, dass die Schritte a) bis d) durch eine fahrzeuginterne Steuereinheit ausgeführt werden. Dadurch kann eine fahrzeuginterne Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert werden.
  • Zudem kann ein Verfahren im Sinne der Erfindung vorsehen, dass die Schritte a) bis d) durch eine fahrzeugexterne Überwachungseinheit, insbesondere mithilfe eines fahrzeugexternen Datendienstes und/oder eines fahrzeugexternen Datenspeichers, ausgeführt werden. Somit kann die Speicher- und/oder Rechnerleistung zum Durchführen des Verfahrens auf eine vorteilhafte Weise ausgelagert werden, damit kraftfahrzeugseitig keine Energie verbraucht wird. Somit kann eine fahrzeugseitige Steuereinheit während der gesamten Abstellphase ruhen. Erst bei einem erkannten und/oder prognostizierten Abweichen des bestimmten Betriebsparameters vom zulässigen Wertebereich kann die fahrzeugseitige Steuereinheit zum Einleiten des Trocknungsvorganges des Brennstoffzellensystems geweckt werden. Danach kann die Steuereinheit wieder ausgeschaltet werden. Dabei ist es denkbar, dass ein Hersteller und/oder Vertreiber des Kraftfahrzeuges bzw. Brennstoffzellensystems und/oder eine Werkstattkette das externe Datendienst und/oder den externen Datenspeicher bereitstellen kann. Somit kann die Kundenfreundlichkeit erhöht werden.
  • Ferner kann ein Verfahren im Sinne der Erfindung vorsehen, dass im Schritt b) die Zeitdauer größer oder gleich eines Maximums zwischen einer prognostizierbaren Parkdauer und einer geschätzten Dauer des Vorhandenseins eines restlichen Brennstoffs im Brennstoffzellensystem bestimmt wird. Somit kann vorteilhafterweise die maximale „gefährliche“ Zeitdauer abgedeckt werden, wenn sich ein Trocknungsbedarf im Brennstoffzellensystem entwickeln kann. Die Zeitdauer für die Prognose darf einerseits nicht eine geschätzte Parkdauer unterschreiten und andererseits nicht die Zeit, während der eine ungewollte elektrochemische Reaktion aufgrund des Restbrennstoffs im Brennstoffzellensystem ablaufen und eine Entstehung des Produktwassers auf der Kathodenseite des Brennstoffzellensystems verursachen kann. Somit kann ein Trocknungsbedarf nach dem Abstellen des Brennstoffzellensystems zuverlässig prognostiziert werden.
  • Weiterhin kann ein Verfahren im Sinne der Erfindung vorsehen, dass zum Erstellen einer Prognose im Schritt b) der Schritt a) mehrmals wiederholt wird. Somit können mehrere Referenz- bzw. Erfahrungswerte für den Betriebsparameter gesammelt werden, um die Prognose zu erstellen. Dabei können die Erfahrungswerte sowohl durch ein Messen am Kraftfahrzeug oder durch Heranziehen der Fahrzeugposition und der aktuellen Wetterdaten gesammelt werden.
  • Des Weiteren kann ein Verfahren im Sinne der Erfindung vorsehen, dass zum Ausführen des Schrittes e) mindestens ein Timer für den Zeitpunkt eingestellt wird, wann sich der Prognosewert außerhalb des zulässigen Wertebereiches nach der Prognose voraussichtlich befinden wird. So kann der Trocknungsvorgang erst dann eingeleitet werden, wenn ein Trocknungsbedarf tatsächlich besteht, unabhängig davon, wann das Brennstoffzellensystem abgestellt wurde, und unabhängig davon, ob das Brennstoffzellensystem trocken (für weitere Trocknungsvorgänge) oder nass (für einen ersten und ggf. weitere Trocknungsvorgänge) abgestellt wurde. Wenn das Kraftfahrzeug tagsüber abgestellt wurde und die Temperaturen zu der Zeit in einem zulässigen Bereich lagen, kann ein Trocknungsvorgang erst später, bspw. in der Nacht eingeleitet werden, wenn damit gerechnet werden kann, dass die Temperaturen sinken werden. Somit kann dem Trocknungsbedarf zuverlässig und gezielt begegnet werden.
  • Außerdem kann die Erfindung bei einem Verfahren vorsehen, dass im Schritt d) unterschiedliche Wertebereiche überprüft werden, um mehrere Trocknungsvorgänge einzuleiten. Somit kann z. B. bei einer Umgebungstemperatur von 5°C (mit Prognose auf weitere Absenkung) der erste Trocknungsvorgang initiiert werden, ein zweiter bei 3°C und ein dritter bei 1°C. So kann die nach und nach kondensierte Wassermenge ausgetragen und ein Festfrieren innerhalb des Brennstoffzellensystems zuverlässig vermieden werden.
  • Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin denkbar, dass im Schritt e) eine kraftfahrzeugseitige Steuereinheit geweckt wird, um einen Trocknungsvorgang des Brennstoffzellensystems einzuleiten. Somit kann die Steuereinheit nach dem Abstellen des Brennstoffzellensystems erst dann geweckt werden, wenn ein Trocknungsvorgang notwendig ist. Dadurch kann Energie nicht nur für einen ggf. überflüssigen Trocknungsvorgang bei jedem Abstellen des Brennstoffzellensystems gespart werden, sondern auch zum Wachhalten der Steuereinheit beim ausgestellten Antrieb.
  • Ferner kann die Erfindung vorsehen, dass das Verfahren mindestens einen weiteren Schritt aufweist:
    • f) Ausblasen von Feuchtigkeit aus einer Kathode des Brennstoffzellensystems, oder
    • g) Ausblasen von Feuchtigkeit aus einer Anode des Brennstoffzellensystems.
  • Der Schritt f) ist vorteilhaft, weil das Produktwasser auf der Kathodenseite des Brennstoffzellensystems entsteht. Hierbei kann eine Dauer für den Trocknungsvorgang eingestellt werden, um sicherzustellen, dass das Restwasser aus der Anode in die Kathode reindiffundiert ist. Der Schritt g) ist vorteilhaft, weil dadurch das Restwasser aus der Anode direkt ausgeblasen werden kann, ohne zu warten, dass das Wasser auf die Kathodenseite diffundiert und dort ausgeblasen wird. Dadurch kann eine schnellere Durchführung des Trocknungsvorganges ermöglicht werden. Zudem kann somit die erforderliche Energie zum Freiblasen des Brennstoffzellensystems reduziert werden. Insgesamt kann durch die Schritte f) und g) der Trocknungsvorgang verbessert werden und das Risiko vermieden werden, dass im Brennstoffzellensystem Wasserreste verbleiben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und seine Weiterbildungen sowie Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
    • 1 einen schematischen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
    • 2 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems und einer optionalen fahrzeugexternen Überwachungseinheit.
  • In den nachfolgenden Figuren sind funktionsgleiche Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die 1 zeigt einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens mithilfe eines Algorithmus. Das Verfahren dient zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems 100 eines Kraftfahrzeuges, welches wie in der 2 gezeigt ist ausgeführt werden kann, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
    1. a) Bestimmen mindestens eines Betriebsparameters T, P, F des Brennstoffzellensystems 100,
    2. b) Erstellen einer Prognose für den Verlauf des Betriebsparameters T, P, F des Brennstoffzellensystems 100 über eine bestimmte Zeitdauer t,
    3. c) Erhalten mindestens eines Prognosewertes T+ΔT, P+ΔP, F+ΔF des Betriebsparameters T, P, F des Brennstoffzellensystems 100 für einen Zeitpunkt ti innerhalb der Zeitdauer t,
    4. d) Überprüfen, ob der Prognosewert (T+ΔT, P+ΔP, F+ΔF) innerhalb eines zulässigen Wertebereiches (T1-T2, P1-P2, F1-F2) liegt,
    5. e) Einleiten mindestens eines Trocknungsvorganges des Brennstoffzellensystems (100) im Kraftfahrzeug zum Zeitpunkt ti, wenn sich der Prognosewert T+ΔT, P+ΔP, F+ΔF außerhalb des zulässigen Wertebereiches T1-T2, P1-P2, F1-F2 befindet.
  • Vor dem Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 beendet.
  • Im Schritt a) kann der mindestens eine Betriebsparameter T, P, F des Brennstoffzellensystems 100 zumindest eine Temperatur T, einen Druck P und/oder eine relative Feuchte F innerhalb und/oder außerhalb des Brennstoffzellensystems 100 bzw. des Kraftfahrzeuges umfassen. Der Betriebsparameter T, P, F kann zum einen durch eine im Kraftfahrzeug vorhandene Sensorik gemessen oder zum anderen durch eine fahrzeugexterne Überwachungseinheit 110 (s. die 2) aufgrund der aktuellen Fahrzeugposition bzw. der Koordinate K des Kraftfahrzeuges und/oder der lokalen Wetterdaten W(K) und/oder den aktuellen Umgebungsbedingungen G(K) des Kraftfahrzeuges ermittelt werden. Die Koordinate K des Kraftfahrzeuges kann als eine GPS-Position des Kraftfahrzeuges bestimmt werden.
  • Zum Erstellen der Prognose im Schritt b) kann der Betriebsparameter T, P, F in nur einem Schritt a) mehrmals wiederholt bzw. kontinuierlich während einer bestimmten Referenzzeitdauer fahrzeugseitig gemessen oder fahrzeugextern ermittelt werden. Gleichwohl ist es denkbar, dass zum Erstellen der Prognose für den Betriebsparameter T, P, F im Schritt b) die Wetterprognosedaten W(t) an dem Ort berücksichtigt werden, der der Fahrzeugkoordinate K entspricht, um von nur einem gemessenen oder von nur einem ermittelten Wert des Betriebsparameters T, P, F auf den Prognosewert T+ΔT, P+ΔP, F+ΔF des Betriebsparameters T, P, F für einen Zeitpunkt ti innerhalb der Zeitdauer t schließen zu können.
  • Zudem ist es denkbar, dass das erfindungsgemäße Verfahren mehrmals, bspw. kontinuierlich oder wiederholt, ausgeführt werden kann, um die Prognose für den Verlauf des Betriebsparameters T, P, F zu aktualisieren.
  • Im Schritt b) kann als eine bestimmte Zeitdauer t für die Prognose ein Maximum zwischen einer prognostizierten Parkdauer und/oder einer geschätzten Dauer des Vorhandenseins eines restlichen Brennstoffs im Brennstoffzellensystem 100 ausgewählt werden.
  • Im Schritt c) wird mindestens ein Prognosewert T+ΔT, P+ΔP, F+ΔF des Betriebsparameters T, P, F des Brennstoffzellensystems 100 für einen Zeitpunkt ti innerhalb der Zeitdauer t, vorzugsweise für mehrere Zeitpunkte ti innerhalb der Zeitdauer t, bestimmt, um mindestens einen, vorzugsweise mehrere Trocknungsbedarfe des Brennstoffzellensystems 100 zu erkennen.
  • Im Schritt e) wird mindestens ein Trocknungsvorgang eingeleitet, wenn damit aufgrund der Prognose gerechnet werden kann, dass im Laufe der Zeitdauer t ein Trocknungsbedarf des Brennstoffzellensystems 100 entsteht, bspw. aktuell vorliegt oder sich entwickelt. Ein Trocknungsbedarf entsteht im Sinne der Erfindung, wenn sich der Prognosewert T+ΔT, P+ΔP, F+ΔF außerhalb des zulässigen Wertebereiches T1-T2, P1-P2, F1-F2 befindet. Mit anderen Worten entsteht ein Trocknungsbedarf, wenn sich zumindest zu einem Zeitpunkt ti innerhalb der Zeitdauer t die Feuchtigkeit im Brennstoffzellensystem 100 befindet, die nicht von alleine verdunsten kann. Ein Trocknungsbedarf besteht nicht immer dann, wenn das Brennstoffzellensystem 100 nass abgestellt wurde. Wenn das Fahrzeug an einem warmen und trockenen Ort geparkt wurde, kann die Restfeuchtigkeit auch von alleine verdunsten. Die Prognose für die Zeitdauer t lautet dabei, dass der Betriebsparameter T, P, F sich innerhalb der Zeitdauer t nicht außerhalb des zulässigen Wertebereiches T1-T2, P1-P2, F1-F2 entfernt und dass keine Gefahr des Gefrierens besteht. Ein Trocknungsbedarf kann aber auch dann sich entwickeln, wenn das Brennstoffzellensystem 100 trocken abgestellt wurde, wenn bspw. Kondenswasser sich in den Kathodenleitungen bildet, wenn die Feuchtigkeit von der Anodenseite zur Kathodenseite diffundiert oder dergleichen. Die Prognose für die Zeitdauer t lautet dabei, dass der Betriebsparameter T, P, F sich innerhalb der Zeitdauer t zumindest zu einem Zeitpunkt ti außerhalb des zulässigen Wertebereiches T1-T2, P1-P2, F1-F2 entfernt, sodass ein Trocknungsvorgang zum Zeitpunkt ti notwendig ist.
  • Erfindungsgemäß wird somit nach dem Abstellen des Brennstoffzellensystems 100 ein Trocknungsvorgang dann und/oder nur dann eingeleitet, wenn mindestens ein Betriebsparameter T, P, F des Brennstoffzellensystems 100 tatsächlich außerhalb eines zulässigen Bereiches T1-T2, P1-P2, F1-F3 liegt, liegen wird und/oder voraussichtlich nach der Prognose liegen wird.
  • Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass die Schritte a) bis d) durch eine fahrzeuginterne Steuereinheit 105 oder durch eine fahrzeugexterne Überwachungseinheit 110 (s. 2), bspw. mithilfe eines fahrzeugexternen Datendienstes 112 und/oder eines fahrzeugexternen Datenspeichers 111 (eine sog. Cloud-Lösung), ausgeführt werden. Wenn die Schritte a) bis d) mithilfe der fahrzeugexternen Überwachungseinheit 110 durchgeführt werden, kann die Speicher- und/oder Rechnerleistung zum Durchführen des Verfahrens auf eine vorteilhafte Weise ausgelagert werden, damit kraftfahrzeugseitig keine Energie bei den Schritten a) bis d) verbraucht wird. Somit kann eine fahrzeugseitige Steuereinheit 105 während der gesamten Abstellphase ruhen. Erst bei einem erkannten und/oder prognostizierten Abweichen des bestimmten Betriebsparameters T, P, F vom zulässigen Wertebereich T1-T2, P1-P2, F1-F2 kann die fahrzeugseitige Steuereinheit 105 zum Einleiten des Trocknungsvorganges des Brennstoffzellensystems 100 im Schritt e) geweckt werden. Danach kann die Steuereinheit 105 wieder ausgeschaltet werden.
  • Im Schritt e) kann die fahrzeugseitige Steuereinheit 105 durch die fahrzeugexterne Überwachungseinheit 110 geweckt werden, um mindestens einen Trocknungsvorgang des Brennstoffzellensystems 100 einzuleiten. Danach kann die Steuereinheit 105 wieder ausgeschaltet werden.
  • Wie in der 1 angedeutet ist, kann zum Ausführen des Schrittes e) mindestens ein Timer Δt für den Zeitpunkt ti eingestellt werden, wann sich der Prognosewert T+ΔT, P+ΔP, F+ΔF außerhalb des zulässigen Wertebereiches T1-T2, P1-P2, F1-F2 nach der Prognose aus dem Schritt b) voraussichtlich befinden wird.
  • Wie aus der 1 zudem zu erkennen ist, kann das Verfahren mindestens einen weiteren Schritt aufweisen:
    • f) Ausblasen von Feuchtigkeit aus einer Kathode 101 des Brennstoffzellensystems 100, die in der 2 gezeigt ist, und/oder
    • g) Ausblasen von Feuchtigkeit aus einer Anode 102 des Brennstoffzellensystems 100, die in der 2 gezeigt ist.
  • Im Schritt f) kann somit das Produktwasser auf der Kathodenseite des Brennstoffzellensystems 100 ausgeblasen werden. Hierbei kann eine Dauer für den Trocknungsvorgang eigestellt werden, um sicherzustellen, dass das Restwasser aus der Anode 102 in die Kathode 101 reindiffundiert ist. Im Schritt g) kann zudem das Restwasser aus der Anode 102 aktiv ausgeblasen werden, dass nach dem Abstellen des Brennstoffzellensystems 100 in die Kathode 101 diffundieren kann. Somit kann der Trocknungsvorgang verbessert und beschleunigt sowie das Risiko vermieden werden, dass im Brennstoffzellensystem 100 Wasserreste verbleiben.
  • Wie aus der 1 außerdem zu erkennen ist, können im Schritt d) unterschiedliche Wertebereiche Ti-Ti+1 überprüft werden, um mehrere Trocknungsvorgänge nach einer Prognose einzuleiten (s. den Zähler i in der 1 im Kästchen mit dem Schritt d)). Somit kann z. B. bei einer Umgebungstemperatur von 5°C (mit Prognose auf weitere Absenkung) der erste Trocknungsvorgang initiiert werden, ein zweiter bei 3°C und ein dritter bei 1°C. So kann das kondensierte Wasser besser ausgetragen werden. Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass das Verfahren mehrmals wiederholt wird, um die Prognose zu aktualisieren (s. gestrichelter Pfeil mit Zäher i).
  • Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Gefahr des Einfrierens des restlichen Produktwassers im Brennstoffzellensystem 100 und der Energieaufwand für die Trocknungsvorgänge deutlich reduziert werden. Insgesamt wird somit die Funktionalität des Brennstoffzellensystems 100 erheblich verbessert und seine Lebensdauer erhöht.
  • Die 2 zeigt ein schematisch dargestelltes Brennstoffzellensystem 100, welches eine Kathode 101, eine Membran 103 und eine Anode 102 umfasst, mit einer optionalen externen Überwachungseinheit 110. Ferner kann eine Navigationseinheit 104 und eine Steuereinheit 105 auf der Fahrzeugseite vorgesehen sein. Die erfindungsgemäßen Schritte a) bis d) können entweder auf der fahrzeugseitigen Steuereinheit 105 oder auf der fahrzeugexternen Überwachungseinheit 110 ausgeführt werden. Zudem ist es denkbar, dass ein Benutzer über ein Mobiltelefon 106 mindestens einen Schritt des Verfahrens einleiten und/oder mehrere Verfahrensschritte visualisieren und/oder mindestens eine geplante Parkdauer zum Bestimmen der relevanten Zeitdauer t eingeben kann. Auf der Seite der Überwachungseinheit 110, die mithilfe eines fahrzeugexternen Datendienstes 111 und/oder eines fahrzeugexternen Datenspeichers 112 realisiert werden kann, kann zudem mindestens eine Verbindung zum Internet 120 vorgesehen sein.
  • Die voranstehende Beschreibung der 1 und 2 beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems (100) eines Kraftfahrzeuges, aufweisend folgende Schritte: a) Bestimmen mindestens eines Betriebsparameters (T, P, F) des Brennstoffzellensystems (100), b) Erstellen einer Prognose für den Verlauf des Betriebsparameters (T, P, F) des Brennstoffzellensystems (100) über eine bestimmte Zeitdauer (t), c) Erhalten mindestens eines Prognosewertes (T+ΔT, P+ΔP, F+ΔF) des Betriebsparameters (T, P, F) des Brennstoffzellensystems (100) für einen Zeitpunkt (ti) innerhalb der Zeitdauer (t), d) Überprüfen, ob der Prognosewert (T+ΔT, P+ΔP, F+ΔF) innerhalb eines zulässigen Wertebereiches (T1-T2, P1-P2, F1-F2) liegt, e) Einleiten mindestens eines Trocknungsvorganges des Brennstoffzellensystems (100) im Kraftfahrzeug zum Zeitpunkt (ti), wenn sich der Prognosewert (T+ΔT, P+ΔP, F+ΔF) außerhalb des zulässigen Wertebereiches (T1-T2, P1-P2, F1-F2) befindet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) der Betriebsparameter (T, P, F) des Brennstoffzellensystems (100) am Kraftfahrzeug gemessen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) die aktuellen Wetterdaten (W) und/oder Umgebungsbedingungen (G) in Abhängigkeit von der Koordinate (K) des Kraftfahrzeuges berücksichtigt, insbesondere über das Internet (120) abgerufen, werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis d) durch eine fahrzeuginterne Steuereinheit (105) ausgeführt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis d) durch eine fahrzeugexterne Überwachungseinheit (110), insbesondere mithilfe eines fahrzeugexternen Datendienstes (111) und/oder eines fahrzeugexternen Datenspeichers (112), ausgeführt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) die Zeitdauer (t) größer oder gleich eines Maximums zwischen einer prognostizierbaren Parkdauer und einer geschätzten Dauer des Vorhandenseins eines restlichen Brennstoffs im Brennstoffzellensystem (100) bestimmt wird, und/oder dass zum Erstellen einer Prognose im Schritt b) der Schritt a) mehrmals wiederholt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausführen des Schrittes e) mindestens ein Timer (Δt) für den Zeitpunkt (ti) eingestellt wird, wenn sich der Prognosewert (T+ΔT, P+ΔP, F+ΔF) außerhalb des zulässigen Wertebereiches (T1-T2, P1-P2, F1-F2) befindet.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt d) unterschiedliche Wertebereiche (Ti-Ti+1, Pi-Pi+1, Fi-Fi+1) überprüft werden, um mehrere Trocknungsvorgänge einzuleiten.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt e) eine kraftfahrzeugseitige Steuereinheit (105) geweckt wird, um einen Trocknungsvorgang des Brennstoffzellensystems (100) einzuleiten.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mindestens einen weiteren Schritt aufweist: f) Ausblasen von Feuchtigkeit aus einer Kathode (101) des Brennstoffzellensystems (100), oder g) Ausblasen von Feuchtigkeit aus einer Anode (102) des Brennstoffzellensystems (100).
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