DE102017221673A1 - Method for operating a vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (10) mit einem ersten Antrieb (14) und einem zweiten Antrieb (20) mit einer Fahrbatterie (26) und einem Brennstoffzellensystem (28) sowie einer Fahrzeugsteuerung (12), wobei im Normalbetrieb zumindest nachfolgende Verfahrensschritte durchlaufen werden.
a) Anfahren des Fahrzeugs (10) mit dem ersten Antrieb (14), der aus der Fahrbatterie (26) gespeist wird und Hochfahren des Brennstoffzellensystems (28),
b) nach Hochfahren des Brennstoffzellensystems (28) erfolgt eine Verteilung eines Momentenwunsches auf den ersten Antrieb (14) und den zweiten Antrieb (20),
c) Ansteuerung des ersten Antriebes (14) durch die Fahrzeugsteuerung (12) im Generatormodus zum Aufladen der Fahrbatterie (26), wobei
c1) eine Abschaltung des Brennstoffzellensystems (28) oder
c2) ein Weiterbetrieb des Brennstoffzellensystems (28) mit geringer Leistung erfolgt,
d) Nachladen der Fahrbatterie (26) im Stand durch Ansteuerung des Brennstoffzellensystems (28) durch die Fahrzeugsteuerung (12), oder
e) ein Nachladen der Fahrbatterie (26) während der Fahrt durch Ansteuerung des ersten Antriebes (14) im Generatormodus und Antrieb des Fahrzeugs (10) durch den zweiten Antrieb (20) über das Brennstoffzellensystem (28).

Figure DE102017221673A1_0000
The invention relates to a method for operating a vehicle (10) having a first drive (14) and a second drive (20) with a traction battery (26) and a fuel cell system (28) and a vehicle control (12), wherein in normal operation at least following process steps are passed.
a) starting the vehicle (10) with the first drive (14), which is fed from the traction battery (26) and start-up of the fuel cell system (28),
b) after starting up the fuel cell system (28), a torque request is distributed to the first drive (14) and the second drive (20),
c) control of the first drive (14) by the vehicle controller (12) in the generator mode for charging the traction battery (26), wherein
c 1 ) a shutdown of the fuel cell system (28) or
c 2 ) a continued operation of the fuel cell system (28) with low power,
d) recharging the traction battery (26) in the state by controlling the fuel cell system (28) by the vehicle controller (12), or
e) recharging the traction battery (26) while driving by driving the first drive (14) in the generator mode and driving the vehicle (10) by the second drive (20) via the fuel cell system (28).
Figure DE102017221673A1_0000

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einem ersten Antrieb und einem zweiten Antrieb, mit einer Fahrbatterie und einem Brennstoffzellensystem unter Normalbedingungen und beim Auftreten von Ausfällen von Systemkomponenten.The invention relates to a method for operating a vehicle having a first drive and a second drive, with a traction battery and a fuel cell system under normal conditions and when system components fail.

Stand der TechnikState of the art

Autonom fahrende Taxis (Robotaxis) sind zurzeit noch nicht in nennenswertem Umfange im Markt vertreten. Robotaxis sind meist mit einem batterieelektrischen Antrieb ausgerüstet. Für den Einsatz in städtischen Gebieten sind kleinere Geschwindigkeiten und damit kleinere Antriebsleistungen erforderlich. Autonom fahrende Taxis wie zum Beispiel Robotaxis sind wie herkömmliche Taxis nahezu rund um die Uhr im Einsatz, wobei die Tagesfahrstrecke in der Größenordnung von ca. 300 km liegt. Um eine gute Verfügbarkeit dieser Fahrzeuge sicherzustellen, sind einerseits eine hohe Batteriekapazität sowie andererseits eine Schnellladefähigkeit unabdingbar. Wird die Heizung des Fahrgastraumes aus dem elektrischen Speicher entnommen, reduziert das in der kalten Jahreszeit bei entsprechend niedrigen Außentemperaturen die Reichweite nicht unerheblich.Autonomous taxis (robotic taxis) are not currently represented on the market to a significant extent. Robotaxis are usually equipped with a battery electric drive. For use in urban areas smaller speeds and thus smaller drive power required. Autonomous taxis such as Robotaxis are like conventional taxis almost around the clock in use, with the daily driving distance of the order of about 300 km. In order to ensure a good availability of these vehicles, on the one hand a high battery capacity and on the other hand a fast charging capability are indispensable. If the heating of the passenger compartment is removed from the electrical storage, this reduces the range in the cold season with correspondingly low outside temperatures not insignificant.

Autonom fahrende Taxis (Robotaxis) haben erhöhte Anforderungen an die Ausfallsicherheit des Antriebs im Fehlerfall zu erfüllen. Diese Anforderung wird in der Regel durch zwei redundante Antriebssysteme erfüllt. Im elektrischen System von Brennstoffzellenfahrzeugen, wird die Anpassung der beiden Antriebsquellen Fahrbatterie und Brennstoffzellensystem an das Traktionsnetz über DC/DC-Wandler realisiert. Diese Wandler benötigen jedoch Bauraum, erhöhen das Gewicht und erzeugen Verluste und Kosten. Brennstoffzellensysteme benötigen zum schnellen Starten eine externe elektrische Energiequelle, zum Beispiel in Form einer Batterie.Autonomous taxis (robotic taxis) have to meet increased demands on the failure safety of the drive in the event of a fault. This requirement is usually met by two redundant drive systems. In the electrical system of fuel cell vehicles, the adaptation of the two drive sources driving battery and fuel cell system to the traction network via DC / DC converter is realized. However, these converters require space, increase weight and generate losses and costs. Fuel cell systems require an external electrical energy source, for example in the form of a battery, for fast starting.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines autonom fahrenden Fahrzeugs vorgeschlagen, welches einen ersten Antrieb und einen zweiten Antrieb, eine Fahrbatterie und ein Brennstoffzellensystem aufweist und eine Fahrzeugsteuerung umfasst, wobei zumindest die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden:

  1. a) Anfahren des Fahrzeugs mit dem ersten Antrieb, der aus der Fahrbatterie gespeist wird bei gleichzeitigem Hochfahren des Brennstoffzellensystems des Fahrzeugs,
  2. b) nach dem Hochfahren des Brennstoffzellensystems erfolgt eine Verteilung eines Momentenwunsches auf den ersten und den zweiten Antrieb,
  3. c) Ansteuerung des ersten Antriebes durch die Fahrzeugsteuerung im generatorischen Modus zum Aufladen der Fahrbatterie, wobei
    • c1) ein Abschalten des Brennstoffzellensystem oder
    • c2) ein Weiterbetrieb des Brennstoffzellensystems mit geringer Leistung erfolgt,
  4. d) ein Nachladen der Fahrbatterie im Stand durch Ansteuerung des Brennstoffzellensystems durch die Fahrzeugsteuerung, oder
  5. e) ein Nachladen der Fahrbatterie während der Fahrt durch Ansteuerung des ersten Antriebes im Generatormodus und Antrieb des Fahrzeugs durch den zweiten Antrieb über das Brennstoffzellensystem erfolgt.
According to the invention, a method is proposed for operating a vehicle, in particular an autonomously driving vehicle, which has a first drive and a second drive, a traction battery and a fuel cell system and comprises a vehicle control, wherein at least the following method steps are run through:
  1. a) start-up of the vehicle with the first drive, which is fed from the traction battery with simultaneous startup of the fuel cell system of the vehicle,
  2. b) after the startup of the fuel cell system there is a distribution of a torque request to the first and the second drive,
  3. c) control of the first drive by the vehicle control in regenerative mode for charging the traction battery, wherein
    • c 1 ) a shutdown of the fuel cell system or
    • c 2 ) a continued operation of the fuel cell system with low power,
  4. d) recharging the traction battery in the state by controlling the fuel cell system by the vehicle control, or
  5. e) recharging the traction battery while driving by driving the first drive in the generator mode and driving the vehicle by the second drive via the fuel cell system.

Die genannten Verfahrensschritte gelten für einen fehlerfreien Normalbetrieb mit gefüllten Energiespeichern.The mentioned method steps apply to a fault-free normal operation with filled energy storage.

In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens erfolgt nach dem Verfahrensschritt c1), wonach eine Abschaltung des Brennstoffzellensystems vorgenommen wird, nach Schließen eines ersten Schalters eine Weiterversorgung des Bordnetzes des Fahrzeugs durch den ersten Antrieb.In a further development of the method proposed according to the invention, after process step c 1 ), after which a shutdown of the fuel cell system is carried out, after closing a first switch, a further supply of the on-board network of the vehicle by the first drive.

In vorteilhafter Weise erfolgt bei Verfahrensschritt c2), nämlich bei Weiterbetrieb des Brennstoffzellensystems mit geringer Leistung, die Einspeisung der entstehenden Leistung des Brennstoffzellensystems bei geöffnetem ersten Schalter in das Bordnetz des Fahrzeugs.Advantageously, in process step c 2 ), namely during further operation of the fuel cell system with low power, the feeding of the resulting power of the fuel cell system with open first switch in the electrical system of the vehicle.

Für den Fall, dass abweichend vom fehlerfreien Normalbetrieb mit vollen Energiespeichern ein Ausfall des ersten Antriebes, der einen Inverter und eine elektrische Maschine umfasst, auftreten sollte, wird in Abwandlung des obenstehenden Verfahrens mit dem Verfahrensschritt a) bis d) ein erster Schalter zum Starten des Brennstoffzellensystems geschlossen und nach dessen Hochfahren wieder geöffnet, so dass das Fahrzeug allein aus dem hochgefahrenen Brennstoffzellensystem versorgt wird. In the event that deviating from the normal normal operation with full energy storage a failure of the first drive comprising an inverter and an electric machine, should occur, a first switch for starting the. In a modification of the above method with the method step a) to d) Closed fuel cell system and reopened after its startup, so that the vehicle is powered solely from the booted fuel cell system.

Fällt in der vorstehend erwähnten Situation bei Ausfall des ersten Antriebes das Brennstoffzellensystem aus, so wird der erste Schalter geschlossen und der zweite Antrieb wird durch die Fahrbatterie gespeist und das Fahrzeug auf diese Weise fortbewegt.Falls in the above-mentioned situation in case of failure of the first drive, the fuel cell system, the first switch is closed and the second drive is powered by the traction battery and the vehicle is moved in this way.

Im Falle des Ausfalles der Fahrbatterie, wird ein zweiter Schalter geschlossen und das Brennstoffzellensystem zu dessen Start über einen DC/DC-Wandler aus einer Bordnetz-Pufferbatterie versorgt, bei der es sich um eine normale 12 V-Fahrzeugbatterie handeln kann. Sobald das Brennstoffzellensystem hochgefahren ist, wird der zuvor geschlossene zweiter Schalter wieder geöffnet und das Brennstoffzellensystem des Fahrzeugs versorgt sich selbst.In the event of failure of the traction battery, a second switch is closed and powered the fuel cell system to start it via a DC / DC converter from a board battery backup, which may be a normal 12 V vehicle battery. Once the fuel cell system has started up, the previously closed second switch is reopened and the fuel cell system of the vehicle powers itself.

Kommt es zu einem Ausfall des Brennstoffzellensystems und/oder zu einem Ausfall des zweiten Antriebs des Fahrzeugs, so wird dieses durch den ersten Antrieb, der kontinuierlich von der Fahrbatterie gespeist wird, angetrieben und fortbewegt.If there is a failure of the fuel cell system and / or failure of the second drive of the vehicle, so this is driven and moved by the first drive, which is fed continuously by the traction battery.

Fällt hingegen der erste Antrieb aus, wird der erste Schalter geschlossen und das Fahrzeug über den zweiten Antrieb, der von der Fahrbatterie gespeist wird, fortbewegt.If, on the other hand, the first drive fails, the first switch is closed and the vehicle is moved via the second drive, which is fed by the traction battery.

In diesem Falle wird durch eine im Brennstoffzellensystem angeordnete Sperrdiode eine Stromrückeinspeisung in das Brennstoffzellensystem unterbunden.In this case, a back-current feed into the fuel cell system is prevented by a blocking diode arranged in the fuel cell system.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Vorteile der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung liegen unter anderem darin, dass bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Betriebsstrategie für ein autonom fahrendes Taxi (Robotaxi) lediglich ein DC/DC-Wandler für das 12 V-Bordnetz eingesetzt werden muss, was Gewichts- und Kostenvorteile mit sich bringt. Die Weiterfahrt des autonom fahrenden Fahrzeugs ist bei Ausfall eines der beiden Antriebe durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene fehlertolerante Betriebsstrategie mit zwei voneinander getrennten unabhängigen Antriebssystemen gewährleistet. Vorteile gegenüber einem rein batteriebetriebenen autonom fahrenden Fahrzeug liegen darin, dass bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Betriebsstrategie für ein Fahrzeug mit einer Fahrbatterie und einem Brennstoffzellensystem, eine hohe Verfügbarkeit desselben dadurch gewährleistet ist, dass ein schnelles Nachladen von Brennstoff, insbesondere gasförmigem Wasserstoff möglich ist. Des Weiteren kann in vorteilhafter Weise die Abwärme aus dem Brennstoffzellensystem zur Beheizung des Fahrzeuginnenraumes genutzt werden, ohne dass die Reichweite des Fahrzeugs in nennenswerter Weise reduziert würde. Fall Antrieb 1 Batterie Antrieb 2 Bz Fehlerfolge 1 aktiv aktiv Start passiv - 2 passiv passiv aktiv aktiv - 3 aktiv aktiv aktiv aktiv - 4 Ausfall passiv aktiv aktiv reduzierte Leistung und Dynamik 5 Ausfall aktiv aktiv Ausfall reduzierte Leistung und Reichweite 6 aktiv aktiv Ausfall passiv reduzierte Leistung und Reichweite 7 aktiv Ausfall Ausfall aktiv reduzierte Leistung und Dynamik 8 passiv Ausfall passiv Start erhöhte Startzeit 9 Ausfall Ausfall aktiv aktiv reduzierte Leistung und Dynamik 10 aktiv aktiv Ausfall Ausfall reduzierte Leistung und Reichweite The advantages of the proposed solution according to the invention are, inter alia, that in the proposed inventive operating strategy for an autonomously driving taxi (Robotaxi) only a DC / DC converter for the 12 V electrical system must be used, which brings weight and cost advantages , The onward travel of the autonomously driving vehicle is ensured in the event of failure of one of the two drives by the inventively proposed fault-tolerant operating strategy with two separate independent drive systems. Advantages over a purely battery-powered autonomously driving vehicle are that in the inventively proposed operating strategy for a vehicle with a traction battery and a fuel cell system, a high availability of the same is ensured by the fact that a rapid reloading of fuel, especially gaseous hydrogen is possible. Furthermore, the waste heat from the fuel cell system for heating the vehicle interior can advantageously be used without the range of the vehicle being significantly reduced. case Drive 1 battery Drive 2 Bz error sequence 1 active active begin passive - 2 passive passive active active - 3 active active active active - 4 failure passive active active reduced performance and dynamics 5 failure active active failure reduced performance and range 6 active active failure passive reduced performance and range 7 active failure failure active reduced performance and dynamics 8th passive failure passive begin increased start time 9 failure failure active active reduced performance and dynamics 10 active active failure failure reduced performance and range

Figurenliste list of figures

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.With reference to the drawing, the invention will be described below in more detail.

Es zeigt:

  • 1 die Topologie eines autonom fahrenden Fahrzeugs mit zwei voneinander unabhängigen Antriebssystemen, nämlich einer Fahrbatterie und einem Brennstoffzellensystem,
  • 2 bis 8 verschiedene Betriebsszenarien des Fahrzeuges gemäß der Topologie nach 1
It shows:
  • 1 the topology of an autonomously driving vehicle with two independent drive systems, namely a traction battery and a fuel cell system,
  • 2 to 8th different operating scenarios of the vehicle according to the topology 1

Ausführungsvariantenvariants

Der Darstellung gemäß 1 ist ein Fahrzeug 10 zu entnehmen, welches eine Fahrzeugsteuerung 12 umfasst, an die ein Fahrerwunsch 36 übermittelt wird. Das Fahrzeug 10 umfasst einen ersten Antrieb 14, der in der Topologie gemäß 1 einen ersten Inverter 16 sowie eine erste elektrische Maschine 18 umfasst, die sowohl im Motormodus als auch im Generatormodus betrieben werden kann. In den nachfolgenden 1 - 8 bezeichnen die Bezugszeichen 40 und 42 eine erste und eine zweite Sperrdiode.The representation according to 1 is a vehicle 10 to see which a vehicle control 12 includes, to which a driver's request 36 is transmitted. The vehicle 10 includes a first drive 14 According to the topology 1 a first inverter 16 and a first electric machine 18 which can be operated both in the motor mode and in the generator mode. In the following 1 - 8th denote the reference numerals 40 and 42 a first and a second blocking diode.

Darüber hinaus weist das Fahrzeug 10 einen zweiten Antrieb 20 auf, der einen zweiten Inverter 22 und eine zweite elektrische Maschine 24 umfasst, die ebenfalls je nach Ansteuerung durch die Fahrzeugsteuerung 12 im Motormodus wie auch im Generatormodus betrieben werden können. Das Fahrzeug 10 umfasst eine Fahrbatterie 26, bei der es sich um eine elektrochemische Batterie handelt, sowie als weiteren Antrieb ein Brennstoffzellensystem 28, welches gegebenenfalls mit einem Verdichter 30 ausgestattet sein kann sowie darüber hinaus auch einen Luftbefeuchter umfassen kann, der hier jedoch nicht näher dargestellt ist.In addition, the vehicle points 10 a second drive 20 on, the second inverter 22 and a second electric machine 24 which also depends on the control by the vehicle control 12 can be operated in motor mode as well as in generator mode. The vehicle 10 includes a traction battery 26 , which is an electrochemical battery, and as a further drive a fuel cell system 28 , which optionally with a compressor 30 equipped as well as may also include a humidifier, which is not shown here in detail.

Mittels eines ersten Schalters 32 und eines zweiten Schalters 34, die jeweils in ihre offene und ihre geschlossene Position geschaltet werden können, können sowohl der erste Antrieb 14 als auch der zweite Antrieb 20 wie auch die Energiesysteme Fahrbatterie 26 sowie Brennstoffzellensystem 28 miteinander in verschiedenen Kombinationen, wie nachfolgend noch erläutert werden wird, zusammengeschaltet oder getrennt werden.By means of a first switch 32 and a second switch 34 , which can each be switched to their open and their closed position, can both the first drive 14 as well as the second drive 20 as well as the energy systems traction battery 26 as well as fuel cell system 28 together in different combinations, as will be explained below, interconnected or disconnected.

Das Brennstoffzellensystem 28 umfasst eine Sperrdiode 38, die bei entsprechender Stellung des ersten Schalters 32 und des zweiten Schalters 34 eine Rückeinspeisung von Strom in das Brennstoffzellensystem 28 verhindert.The fuel cell system 28 includes a blocking diode 38 , in the corresponding position of the first switch 32 and the second switch 34 a feed back of electricity into the fuel cell system 28 prevented.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das Fahrzeug 10 einen DC/DC-Wandler umfasst, der ein Bordnetz 46 von den Antriebssystemen, d.h. der elektrochemischen Fahrbatterie 26 und dem Brennstoffzellensystem 28 trennt. Das Bordnetz 46 umfasst eine Bordnetz-Pufferbatterie 56, bei der es sich in der Regel um eine 12 Volt-Batterie handelt.For completeness, it should be mentioned that the vehicle 10 a DC / DC converter comprising an on-board network 46 from the drive systems, ie the electrochemical traction battery 26 and the fuel cell system 28 separates. The electrical system 46 includes an electrical system backup battery 56 , which is usually a 12 volt battery.

Bei dem in 1 dargestellten Szenario, stehen der erste Schalter 32 sowie der zweite Schalter 34 offen. Der Antrieb des Fahrzeugs 10 erfolgt über die Fahrbatterie 26 und den ersten Antrieb 14, den ersten Inverter 16 sowie die erste elektrische Maschine 18 umfassend, die in diesem Fall im Motormodus angesteuert wird. Der im Brennstoffzellensystem 28 aufgenommene Verdichter 30 wird in diesem Szenario über die Fahrbatterie 26 versorgt, während beim Antrieb des Fahrzeugs 10 in diesem Szenario aus der Fahrbatterie 26 das Brennstoffzellensystem 28 gleichzeitig gestartet und langsam hochgefahren wird.At the in 1 shown scenario, are the first switch 32 as well as the second switch 34 open. The drive of the vehicle 10 via the driving battery 26 and the first drive 14 , the first inverter 16 as well as the first electric machine 18 comprising, which is controlled in this case in the motor mode. The fuel cell system 28 recorded compressors 30 in this scenario is about the driving battery 26 supplied while driving the vehicle 10 in this scenario from the driving battery 26 the fuel cell system 28 starts at the same time and starts up slowly.

2 zeigt den Fall, dass das Fahrzeug 10 über das Brennstoffzellensystem 28 angetrieben wird. Bei dem in 2 dargestellten Szenario stehen sowohl der erste Schalter 32 als auch der zweite Schalter 34 offen und der Antrieb des Fahrzeugs 10 erfolgt über das hochgefahrene Brennstoffzellensystem 28 und den zweiten Antrieb 20, der den zweiten Inverter 22 sowie die zweite elektrische Maschine 24 umfasst, die in diesem Falle von der Fahrzeugsteuerung 12 im Motormodus betrieben wird. In diesem Zustand ist allein das Brennstoffzellensystem 28 aktiv. 2 shows the case that the vehicle 10 about the fuel cell system 28 is driven. At the in 2 The scenario shown is both the first switch 32 as well as the second switch 34 open and the drive of the vehicle 10 takes place via the highly fuel cell system 28 and the second drive 20 who has the second inverter 22 as well as the second electric machine 24 includes, in this case, the vehicle control 12 is operated in motor mode. In this state alone is the fuel cell system 28 active.

3 zeigt den Antrieb des Fahrzeugs sowohl durch die Fahrbatterie 26 als auch durch das Brennstoffzellensystem 28. Sowohl der erste Schalter 32 als auch der zweite Schalter 34 stehen offen und der Antrieb des Fahrzeugs 10 erfolgt über das Brennstoffzellensystem 28, den ersten Antrieb 14 sowie gleichzeitig über die Fahrbatterie 26 und den zweiten Antrieb 20. Die Fahrzeugsteuerung 12 verteilt den Momentenwunsch entsprechend des Fahrerwunsches 36 an den ersten Antrieb 14 und/oder den zweiten Antrieb 20. Es stellt die Summe aus beiden abgegebenen Leistungen zur Verfügung. Der Verdichter 30, der gegebenenfalls im Brennstoffzellensystem 28 vorgesehen sein kann, wird über das Brennstoffzellensystem 28 autark versorgt, welches aktiv ist. Ein Nachladen der Batterie kann in dem in 3 dargestellten Szenario über die Fahrzeugsteuerung 12 erfolgen, welche den zweiten Antrieb 20 im Generatormodus ansteuert, so dass die Fahrbatterie 26 rekuperativ geladen werden kann. 3 shows the drive of the vehicle both by the driving battery 26 as well as through the fuel cell system 28 , Both the first switch 32 as well as the second switch 34 stand open and the drive of the vehicle 10 via the fuel cell system 28 , the first drive 14 and at the same time on the driving battery 26 and the second drive 20 , The vehicle control 12 distributes the moment request according to the driver's request 36 to the first drive 14 and / or the second drive 20 , It provides the sum of the two services provided. The compressor 30 optionally in the fuel cell system 28 can be provided is via the fuel cell system 28 self-sufficient, which is active. A recharge of the battery can be found in the in 3 illustrated scenario on the vehicle control 12 done, which is the second drive 20 in generator mode, so the traction battery 26 can be charged recuperatively.

4 zeigt ein Szenario für den Fall, dass es zu einem Ausfall 48 des ersten Antriebes 14 des Fahrzeugs 10 gekommen ist. Gemäß 4 stehen sowohl der erste Schalter 32 als auch der zweite Schalte 34 offen, der Antrieb des Fahrzeugs 10 erfolgt über das Brennstoffzellensystem 28 und den zweiten Antrieb 20, der den zweiten Inverter 22 und die zweite elektrische Maschine 24 umfasst, welche in diesem Fall im Motormodus durch die Fahrzeugsteuerung angesteuert wird. Auch in diesem Falle wird der optional im Brennstoffzellensystem 28 vorgesehene Verdichter 30 über das Brennstoffzellensystem 28 versorgt. Bei Ausfall 48 des ersten Antriebes 14 ergibt sich eine reduzierte Leistung und eine herabgesetzte Dynamik beim Fahren des Fahrzeugs 10. 4 shows a scenario in the event that it becomes a failure 48 of the first drive 14 of the vehicle 10 has come. According to 4 stand both the first switch 32 as well as the second switch 34 open, the drive of the vehicle 10 via the fuel cell system 28 and the second drive 20 who has the second inverter 22 and the second electric machine 24 which is controlled in this case in the engine mode by the vehicle control. Also in this case, the optional in the fuel cell system 28 intended compressor 30 about the fuel cell system 28 provided. In case of failure 48 of the first drive 14 results in a reduced performance and a reduced dynamics when driving the vehicle 10 ,

Der Darstellung gemäß 5 ist ein Szenario zu entnehmen, bei dem es zum Ausfall 48 des ersten Antriebes 14 und zum Ausfall 50 des Brennstoffzellensystems 28 gekommen ist. Für diesen Fall wird der erste Schalter 32 über die Fahrzeugsteuerung 12 geschlossen, während der zweite Schalter 34 in seiner Offenstellung verbleibt. Der Antrieb des Fahrzeugs erfolgt über die Batterie 26, der auch den Verdichter 30 des Brennstoffzellensystems 28 versorgt. Auch in diesem Falle ergibt sich für das Fahrzeug 10 eine reduzierte Leistung und eine reduzierte Reichweite, da eines der voneinander getrennten Antriebssysteme, nämlich das Brennstoffzellensystem 28 ausgefallen ist.The representation according to 5 is a scenario in which there is a failure 48 of the first drive 14 and to failure 50 of the fuel cell system 28 has come. In this case, the first switch 32 via the vehicle control 12 closed while the second switch 34 remains in its open position. The vehicle is powered by the battery 26 who is also the compressor 30 of the fuel cell system 28 provided. Also in this case results for the vehicle 10 a reduced power and a reduced range, as one of the separate drive systems, namely the fuel cell system 28 has failed.

Bei dem in 6 dargestellten Szenario ist ein Ausfall 52 des zweiten Antriebes 20 aufgetreten. Der Antrieb des Fahrzeugs 10 erfolgt über die vorzugsweise als elektrochemische Batterie beschaffene Fahrbatterie 26 und den ersten Antrieb 14, der den ersten Inverter 16 und die erste elektrische Maschine 18 umfasst. Auch der Verdichter 30 wird über die Fahrbatterie 26 versorgt; der erste Schalter 32 sowie der zweite Schalter 34 stehen jeweils in ihrer Offenstellung. Auch hier stellt sich beim autonom fahrenden Fahrzeug 10 eine reduzierte Leistung, damit eine verringerte Geschwindigkeit sowie eine geringere erreichbare Reichweite in Bezug auf den Aktionsradius des Fahrzeugs 10, ein.At the in 6 scenario presented is a failure 52 of the second drive 20 occurred. The drive of the vehicle 10 takes place via the preferably designed as electrochemical battery traction battery 26 and the first drive 14 who is the first inverter 16 and the first electric machine 18 includes. Also the compressor 30 is about the driving battery 26 provided; the first switch 32 as well as the second switch 34 are each in their open position. Here, too, arises when driving autonomously 10 a reduced power, thus a reduced speed and a lower achievable range in relation to the radius of action of the vehicle 10 , on.

Bei dem in 7 dargestellten Szenario ist die Fahrbatterie 26 sowie der zweite Antrieb 20 ausgefallen. Der erste Schalter 32 ist geschlossen, während der zweite Schalter 34 offensteht. Der Antrieb des Fahrzeugs 10 erfolgt über das Brennstoffzellensystem 28 sowie den ersten Antrieb 14, der den ersten Inverter 16 und die erste elektrische Maschine 18 umfasst, die in diesem Falle im Motorbetrieb angesteuert wird. Bei ausgefallener Fahrzeugbatterie 26 wird der Verdichter 30 unmittelbar über das Brennstoffzellensystem 28 versorgt. Aber auch in diesem Betriebszustand stellen sich reduzierte Fahrleistungen in Bezug auf die erreichbare Höchstgeschwindigkeit sowie eine verringerte Reichweite und eine deutlich herabgesetzte Fahrdynamik des Fahrzeugs 10 ein.At the in 7 The scenario shown is the driving battery 26 as well as the second drive 20 failed. The first switch 32 is closed, while the second switch 34 is open. The drive of the vehicle 10 via the fuel cell system 28 as well as the first drive 14 who is the first inverter 16 and the first electric machine 18 includes, which is controlled in this case in engine operation. In case of failed vehicle battery 26 becomes the compressor 30 directly above the fuel cell system 28 provided. But even in this mode of operation are reduced performance in terms of achievable maximum speed and a reduced range and significantly reduced driving dynamics of the vehicle 10 on.

Im in 8 dargestellten Szenario ist es zu einem Ausfall 54 der Batterie gekommen.Im in 8th It is a failure scenario 54 the battery came.

Fällt die Fahrbatterie 26 aus, so wird der zweite Schalter 34, wie in 8 dargestellt, geschlossen, wohingegen der erste Schalter 32 in seiner Offenstellung verbleibt. Sobald das Brennstoffzellensystem 28 hochgefahren ist und der zweite Schalter 34 wieder offensteht, erfolgt der Antrieb des Fahrzeugs 10 über das Brennstoffzellensystem und beispielsweise über die Komponenten des zweiten Antriebes 20.If the traction battery fails 26 off, so will the second switch 34 , as in 8th shown, closed, whereas the first switch 32 remains in its open position. Once the fuel cell system 28 is up and the second switch 34 opens again, the drive of the vehicle takes place 10 via the fuel cell system and for example via the components of the second drive 20 ,

Wie obenstehend anhand der beschriebenen Ereignisse erläutert wird beim Ausfall einer Komponente des ersten Antriebs 14 zum Start des Brennstoffzellensystems 28 der erste Schalter 32 geschlossen. Sobald das Brennstoffzellensystem 28 hochgefahren ist, wird der erste Schalter 32 wieder geöffnet, so dass das Fahrzeug 10 danach allein aus dem Brennstoffzellensystem 28 versorgt wird. In diesem Falle dient die Fahrbatterie 26 als Puffer zur Versorgung des Bordnetzes 46. Einschränkungen ergeben sich dadurch, dass die Leistung des Fahrzeugs auf die des Brennstoffzellensystems 28 reduziert ist. Für den Fall, dass es zu einem Ausfall 50 des Brennstoffzellensystems kommt, kann der erste Schalter 32 geschlossen werden, so dass die Fahrbatterie 26 nunmehr den zweiten Antrieb 20 versorgt.As explained above with reference to the described events in case of failure of a component of the first drive 14 to start the fuel cell system 28 the first switch 32 closed. Once the fuel cell system 28 is up, the first switch 32 reopened, leaving the vehicle 10 then alone from the fuel cell system 28 is supplied. In this case, the driving battery is used 26 as a buffer to supply the electrical system 46 , Restrictions result from the fact that the performance of the vehicle on the fuel cell system 28 is reduced. In the event that it becomes a failure 50 comes from the fuel cell system, the first switch 32 be closed so that the driving battery 26 now the second drive 20 provided.

Für den Fall des Ausfalles 54 der Batterie 26, wird der zweite Schalter 34 geschlossen und das Brennstoffzellensystem 28 wird zu dessen Start über den bidirektionalen DC/DC-Wandler 44 aus der Bordnetz-Pufferbatterie 56 des Bordnetzes versorgt. Bei dieser handelt es sich um eine herkömmliche 12 V-Fahrzeugbatterie. Nach Hochfahren des Brennstoffzellensystems 28 wird der zweite Schalter 34 geöffnet und das Brennstoffzellensystem 28 des Fahrzeugs 10 versorgt sich selbst.In case of failure 54 the battery 26 , becomes the second switch 34 closed and the fuel cell system 28 is started by the bidirectional DC / DC converter 44 from the electrical system backup battery 56 supplied by the electrical system. This is a conventional 12 V vehicle battery. After startup of the fuel cell system 28 becomes the second switch 34 opened and the fuel cell system 28 of the vehicle 10 takes care of itself.

Bei Ausfall des Brennstoffzellensystems 28 kann das Fahrzeug mit eingeschränkter Reichweite aus der Fahrbatterie 26 und dem ersten Antrieb 14 betrieben werden. Kommt es in diesem Zustand zum Ausfall 48 des ersten Antriebes, wird der erste Schalter 32 geschlossen und das Fahrzeug wird über die Fahrbatterie 26 und den zweiten Antrieb 20 bewegt. Für diesen Fall verhindert die Sperrdiode 38, die im Brennstoffzellensystem 28 vorgesehen ist, eine Stromrückeinspeisung in das Brennstoffzellensystem 28.In case of failure of the fuel cell system 28 can the vehicle with limited range from the driving battery 26 and the first drive 14 operate. Does it come in this state to failure 48 of the first drive, becomes the first switch 32 closed and the vehicle is over the driving battery 26 and the second drive 20 emotional. In this case, the blocking diode prevents 38 that are in the fuel cell system 28 is provided, a power feed back into the fuel cell system 28 ,

Um die Ausfallsicherheit eines autonom fahrenden Fahrzeugs 10 wie anhand der Betriebsstrategie beschrieben, können die redundanten Antriebe zusätzlich mit einem redundanten Bordnetz 46 kombiniert werden.To the reliability of an autonomously driving vehicle 10 As described on the basis of the operating strategy, the redundant drives can additionally be equipped with a redundant vehicle electrical system 46 be combined.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

Claims (10)

Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (10) mit einem ersten Antrieb (14) und einem zweiten Antrieb (20) mit einer Fahrbatterie (26) und einem Brennstoffzellensystem (28) und einer Fahrzeugsteuerung (12), mit zumindest den nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Anfahren des Fahrzeugs (10) mit dem ersten Antrieb (14), der aus der Fahrbatterie (26) gespeist wird und gleichzeitiges Hochfahren des Brennstoffzellensystems (28) b) nach dem Hochfahren des Brennstoffzellensystems (28) erfolgt eine Verteilung eines Momentenwunsches auf den ersten Antrieb (14) und/oder den zweiten Antrieb (20), c) Ansteuerung des ersten Antriebes (14) durch die Fahrzeugsteuerung (12) im Generatormodus zum Aufladen der Fahrbatterie (26), wobei c1) eine Abschaltung des Brennstoffzellensystems (28) oder c2) ein Weiterbetrieb des Brennstoffzellensystems (28) mit geringer Leistung erfolgt, d) ein Nachladen der Fahrbatterie (26) im Stand des Fahrzeugs (10) durch Ansteuerung des Brennstoffzellensystems (28) durch die Fahrzeugsteuerung (12), oder e) ein Nachladen der Fahrbatterie (26) während der Fahrt durch Ansteuerung des ersten Antriebes (14) im Generatormodus und Antrieb des Fahrzeugs (10) durch den zweiten Antrieb (20) über das Brennstoffzellensystem (28).Method for operating a vehicle (10) having a first drive (14) and a second drive (20) with a traction battery (26) and a fuel cell system (28) and a vehicle control (12), with at least the following method steps: a) starting of the vehicle (10) with the first drive (14), which is fed from the drive battery (26) and simultaneous startup of the fuel cell system (28) b) after the startup of the fuel cell system (28), a distribution of a torque request to the first drive ( 14) and / or the second drive (20), c) driving the first drive (14) by the vehicle controller (12) in the generator mode for charging the traction battery (26), wherein c 1 ) a shutdown of the fuel cell system (28) or c 2 ) a continued operation of the fuel cell system (28) with low power, d) a recharge the traction battery (26) in the state of the vehicle (10) by driving the fuel cell system (28) by the Vehicle control (12), or e) recharging the traction battery (26) while driving by driving the first drive (14) in the generator mode and driving the vehicle (10) through the second drive (20) via the fuel cell system (28). Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt c1) nach Schließen eines ersten Schalters (32) das Bordnetz (46) des Fahrzeugs (10) über den ersten Antrieb (14) versorgt wird.Method according to Claim 1 , characterized in that according to method step c 1 ) after closing a first switch (32), the electrical system (46) of the vehicle (10) via the first drive (14) is supplied. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt c2) bei geöffnetem ersten Schalter (32) entstehende Leistung des Brennstoffzellensystems (28) in das Bordnetz (46) eingespeist wird.Method according to Claim 1 , characterized in that according to method step c 2 ) with open first switch (32) resulting power of the fuel cell system (28) is fed into the electrical system (46). Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ausfall (48) des ersten Antriebes (14) einen ersten Inverter (16) und eine erste elektrische Maschine (18) umfassend, ein erster Schalter (32) zum Starten des Brennstoffzellensystems (28) geschlossen und nach dessen Hochfahren wieder geöffnet wird und das Fahrzeug (10) allein durch das Brennstoffzellensystem (28) versorgt wird.Method according to Claim 1 characterized in that in the event of a failure (48) of the first drive (14) comprising a first inverter (16) and a first electric machine (18), a first switch (32) for starting the fuel cell system (28) closed and after Startup is reopened and the vehicle (10) is powered solely by the fuel cell system (28). Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall (50) des Brennstoffzellensystems (28) der erste Schalter (32) geschlossen wird und der zweite Antrieb (20) durch die Fahrbatterie (26) versorgt wird.Method according to Claim 4 , characterized in that in case of failure (50) of the fuel cell system (28) of the first switch (32) is closed and the second drive (20) by the traction battery (26) is supplied. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall (54) der Fahrbatterie (26) ein zweiter Schalter (34) geschlossen und das Brennstoffzellensystem (28) zum Start über einen DC/DC-Wandler (44) aus einer Bordnetz-Pufferbatterie (56) versorgt wird.Method according to Claim 1 , characterized in that in case of failure (54) of the traction battery (26), a second switch (34) closed and the fuel cell system (28) for starting via a DC / DC converter (44) from an electrical system backup battery (56) is supplied , Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Hochfahren des Brennstoffzellensystems (28) der zweite Schalter (34) geöffnet wird und sich das Brennstoffzellensystem (28) selbst versorgt.Method according to Claim 6 , characterized in that after starting up the fuel cell system (28) of the second switch (34) is opened and the fuel cell system (28) self-powered. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall (50) des Brennstoffzellensystems (28) und/oder bei Ausfall (52) des zweiten Antriebes (20) das Fahrzeug (10) durch den ersten Antrieb (14), der von der Fahrbatterie (26) gespeist wird, angetrieben wird.Method according to Claim 1 , characterized in that in case of failure (50) of the fuel cell system (28) and / or failure (52) of the second drive (20), the vehicle (10) by the first drive (14) fed by the traction battery (26) is being driven. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall (48) des ersten Antriebes (14) der erste Schalter (32) geschlossen wird, das Fahrzeug (10) über den zweiten Antrieb (20), der von der Fahrbatterie (26) gespeist wird, angetrieben wird. Method according to Claim 8 , characterized in that in case of failure (48) of the first drive (14) of the first switch (32) is closed, the vehicle (10) via the second drive (20), which is powered by the traction battery (26) is driven , Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Sperrdiode (38) eine Stromrückeinspeisung in das Brennstoffzellensystem (28) unterbunden wird.Method according to Claim 9 , characterized in that by a blocking diode (38) a power feedback into the fuel cell system (28) is prevented.
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