DE102018209428A1

DE102018209428A1 - Verfahren zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems, Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellenfahrzeug

Info

Publication number: DE102018209428A1
Application number: DE102018209428.4A
Authority: DE
Inventors: Markus RUF; Michael Brechter; Kai Müller
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2019-12-19

Abstract

Die Erfindung ist gebildet durch ein Verfahren zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems (1) unter Berücksichtigung von zu erwartenden Froststartbedingungen bei einem Neustart, umfassend die Schritte:- Abfragen oder Empfangen von Wetterdaten (11) an einem erwarteten Abstellort des Brennstoffzellensystems (1) von einem Datendienst,- Erstellen einer Prognose mittels einer Festlegung einer Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen anhand der Wetterdaten (11) zum Zeitpunkt des zu erwartenden Neustarts,- Vergleich der festgelegten Wahrscheinlichkeit des Vorliegens der Froststartbedingungen mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwahrscheinlichkeit, und- Ergreifen vorbereitender Maßnahmen für einen Froststart des Brennstoffzellensystems (1) am erwarteten Abstellort, wenn die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen die Grenzwahrscheinlichkeit erreicht oder überschritten hat, wobei bei der Festlegung der Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen nutzerbezogene Daten (20) zur Betriebsweise des Brennstoffzellensystems (1) durch einen Nutzer berücksichtigt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Brennstoffzellensystem (1) und ein Brennstoffzellenfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems unter Berücksichtigung von zu erwartenden Froststartbedingungen bei einem Neustart, wobei das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zumindest die folgenden Schritte umfasst:

- Abfragen oder Empfangen von Wetterdaten an einem erwarteten Abstellort des Brennstoffzellensystems von einem Datendienst,
- Erstellen einer Prognose mittels einer Festlegung einer Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen anhand der Wetterdaten zum Zeitpunkt des zu erwartenden Neustarts,
- Vergleich der festgelegten Wahrscheinlichkeit des Vorliegens der Froststartbedingungen mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwahrscheinlichkeit, und
- Ergreifen vorbereitender Maßnahmen für einen Froststart, vorzugsweise noch vor Ankunft des Brennstoffzellensystems am erwarteten Abstellort, wenn die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen die Grenzwahrscheinlichkeit erreicht oder überschritten hat.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Brennstoffzellensystem zur Durchführung dieses Verfahrens und ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem.
Brennstoffzellensysteme, wie sie beispielsweise zum Betrieb von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, sind wegen der damit verbundenen Leistungsanforderung aus einer Mehrzahl von Brennstoffzellen aufgebaut, die in einem Brennstoffzellenstapel zusammengefasst sind. Jede einzelne Brennstoffzelle umfasst eine Membran-Elektrodenanordnung gebildet aus einer protonenleitenden Membran, auf deren einer Seite die Anode und auf deren anderer Seite die Kathode ausgebildet ist. Den Elektroden werden Reaktantengase zugeführt, nämlich anodenseitig insbesondere Wasserstoff und kathodenseitig Sauerstoff bzw. ein sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere Luft. Bei der elektrochemischen Reaktion reagiert der Wasserstoff mit dem Sauerstoff der Luft unter Bildung von Wasser. Dieses Wasser muss aus der Brennstoffzelle und dem Brennstoffzellenstapel herausgeführt werden, bis ein Feuchteniveau erreicht ist, das zum Betrieb des Brennstoffzellensystems erforderlich ist.
Problematisch ist dabei, wenn bei einem Start des Brennstoffzellensystems Froststartbedingungen vorliegen, also Bedingungen, bei denen Wasser gefriert. Das kann dazu führen, dass die erforderlichen Strömungskanäle für die Reaktantengase und das Produktwasser durch Eis blockiert sind. Um diesem Zustand vorzubeugen, ist es bekannt, beim Abstellen des Brennstoffzellensystems den Brennstoffzellenstapel zu trocknen, wobei die Trocknung Energie verbraucht und Zeit beansprucht, so dass die Nutzerfreundlichkeit dadurch eingeschränkt wird. Für die Trocknung des Brennstoffzellensystems ist außerdem die fortgesetzte Nutzung des das Kathodengas fördernden Verdichters vorgesehen, welcher im Betrieb sehr laut ist und darüber hinaus ein Geräusch in einem Frequenzbereich erzeugt, der vom Benutzer als unangenehm empfunden wird.
Die DE 10 2011 114 715 A1 beschreibt ein Verfahren zum Vorbereiten des Wiederstarts eines Brennstoffzellensystems, wobei die Luft zum Spülen oder Trocknen des Brennstoffzellensystems durch eine von einem Niederspannungsmotor angetriebene Luftfördereinrichtung gefördert wird, wobei parallel oder in Reihe dazu eine von einem Hochspannungsmotor angetriebene Fördereinrichtung vorgesehen ist, um Feuchtigkeit und flüssiges Wasser aus kritischen Bereichen des Systems auszublasen und diese zu trocknen.
Die DE 10 2014 217 780 A1 beschreibt ein Verfahren zum prädiktiven Betrieb einer Brennstoffzelle, wobei ein externer Parameter, beispielsweise eine aktuelle oder zukünftige Wetterinformationen erfasst werden und ein Sollbetriebsparameter der Brennstoffzelle basierend auf oder in Abhängigkeit von dem erfassten externen Parameter angepasst wird. Dieser Sollbetriebsparameter kann beispielsweise die Solltemperatur der Brennstoffzelle oder auch ein Sollfeuchtegehalt der Brennstoffzelle sein.
Ein Verfahren zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems unter Berücksichtigung von zu erwartenden Froststartbedingungen bei einem Neustart gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist der DE 10 2016 116 214 A1 zu entnehmen. Hierbei wird eine Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen von Froststartbedingungen ermittelt, die auf Wetterdaten für einen erwarteten Abstellort des Brennstoffzellensystems basieren kann. Dabei werden vorbereitende Maßnahmen für einen Froststart gegebenenfalls noch vor Ankunft des Brennstoffzellensystems an dem erwarteten Abstellort ergriffen, um die Froststartfähigkeit des Systems sicherzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems bereitzustellen, bei dem die Nutzerfreundlichkeit auch bei zu erwartenden Bedingungen eines Froststartes verbessert ist und mit dem die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen mit einer höheren Genauigkeit festgelegt wird. Aufgabe ist es weiterhin, ein Brennstoffzellensystem zur Durchführung des Verfahrens und ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem bereitzustellen.
Der das Verfahren betreffende Teil der Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass bei der Festlegung der Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen nutzerbezogene Daten zur Betriebsweise des Brennstoffzellensystems durch einen Nutzer berücksichtigt werden. Es bietet den Vorteil, dass dem Nutzer keine strengen Auflagen auferlegt werden müssen zur Einhaltung des der Prognose zugrunde gelegten Zeitpunktes zum Neustart, sondern dass der Nutzer jederzeit ohne eine Gefährdung des Brennstoffzellensystems durch Beschädigungen einen Neustart versuchen kann. Dies bietet dem Nutzer einen erhöhten Komfort und erlaubt kurze - nutzerbezogene - Abstellzeiten für das Brennstoffzellensystem.
Unter nutzerbezogenen Daten sind dabei alle Daten zu verstehen, die einem - individuellen - Nutzer zugeordnet werden können. Unter nutzerbezogenen Daten sind ferner Daten zu verstehen, durch die ein Nutzer identifizieren werden kann.
Um ungewünschte Geräuschemissionen bei der Trocknungsprozedur des Brennstoffzellenstapels zu verhindern, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die vorbereitenden Maßnahmen für einen Froststart unterbunden werden, wenn die Grenzwahrscheinlichkeit höher ist als die festgelegte Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen.
Eine erhöhte Genauigkeit der Festlegung einer Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen lässt sich dadurch erzielen, dass die Wetterdaten von dem mobilen Datendienst anhand des Zielort eines Navigationssystems ermittelt werden, wobei dann der erwartete Abstellort der Zielort des Navigationssystems ist.
Alternativ oder ergänzend können die Wetterdaten von dem mobilen Datendienst auch abgefragt werden zu einem erwarteten Abstellort, der anhand einer Häufigkeit von zuvor gewählten Abstellorten des Brennstoffzellensystems prognostiziert oder gewählt wird. Dies erlaubt die Festlegung des erwarteten Abstellorts auch dann, wenn ein vorhandenes Navigationssystem nicht benutzt wird, oder wenn überhaupt kein Navigationssystem zur Verfügung steht, welches den erwarteten Abstellort am Navigations-Zielort lokalisiert.
Da die Bedingungen für das Vorliegen eines Froststartes häufig auch von der Tageszeit abhängen, zu der der Neustart erfolgen soll, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die nutzerbezogenen Daten eine Startuhrzeit des zu erwartenden Neustarts darstellen, zu welcher das Brennstoffzellensystem neu gestartet wird. So ist beispielsweise bei einem ersten Nutzer, der in einer Spätschicht arbeitet, ein Start um die Mittagszeit zu erwarten, zu welcher bereits höhere (Umgebungs-)Temperaturen vorliegen. Demgegenüber können Startuhrzeiten eines anderen Nutzers vorliegen, die aufgrund seiner Tätigkeit in der Frühschicht, sehr früh am Tage sind, wo noch keine so deutliche Erhöhung der (Umgebungs-)Temperatur zu verzeichnen ist, so dass die Wahrscheinlichkeit für das Vorliegens von Froststartbedingungen für diesen Nutzer erhöht ist.
Alternativ oder ergänzend können die nutzerbezogenen Daten auch eine Fahrverhaltensinformation des Nutzers darstellen, die vorzugsweise in einem Nutzerprofil hinterlegt sind. Diese Fahrverhaltensinformation können den Fahrstil des jeweiligen Nutzers oder Fahrers des Brennstoffzellensystems widerspiegeln. Beispielsweise betreibt ein erster Nutzer das Brennstoffzellensystem in einer Weise, die zu einer erhöhten Wärmeentwicklung des Brennstoffzellenstapels führt, womit die Dauer für einen Trocknungsprozess der Zelle verringert werden kann. Die Wahrscheinlichkeit für ein Vereisen der Bauteile oder für schädigende Froststartbedingungen innerhalb dieses Brennstoffzellenstapels liegt damit niedriger. Das Brennstoffzellensystem, das von einem anderen Nutzer bedient wird, und das aus diesem Grunde nur geringen Lastsprüngen unterliegt, hat dann - aufgrund der geringeren Wärmeentwicklung - eine längere Trocknungsprozedur zu durchlaufen. Diese geringere Wärmeentwicklung innerhalb des Brennstoffzellensystems führt zudem zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen für den anderen Nutzer.
Die Fahrverhaltensinformation kann beispielsweise eine Information über eine Überholhäufigkeit sein, die von Nutzer zu Nutzer unterschiedlich ist. Aufgrund dieser Überholhäufigkeit lässt sich darauf schließen, wie viele Lastsprünge am Brennstoffzellenstapel abgegriffen werden, womit sich ebenfalls Rückschlüsse auf die innerhalb des Brennstoffzellenstapels vorliegende Temperaturen schließen lassen.
Alternativ oder ergänzend ist die Fahrverhaltensinformation ein Geschwindigkeitsprofil, das sich ebenfalls von Nutzer zu Nutzer unterscheiden kann. Beispielsweise ist ein erster Benutzer mit einem Brennstoffzellenfahrzeug nur innerorts unterwegs, so dass nur eine geringe Last am Brennstoffzellenstapel anliegt und somit die Wahrscheinlichkeit für das Vorliegens von Froststartbedingungen am Brennstoffzellenstapel erhöht ist. Ein anderer Benutzer, der sehr viel auf der Autobahn fährt und damit das Brennstoffzellensystem unter hoher Last betreibt, lässt die Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen von Frostbedingungen beim zu erwarteten Neustart sinken.
Zudem kann die Fahrverhaltensinformation alternativ oder ergänzend eine Information über das Beschleunigungsverhalten sein, was ebenfalls Rückschlüsse auf die im Brennstoffzellenstapel vorliegende Temperatur und die damit verbundene Zeitdauer zur Vorbereitung des zu erwartenden Neustarts des Brennstoffzellensystems darstellt.
Alternativ oder ergänzend kann die Fahrverhaltensinformation auch eine Information über die Neigung des Brennstoffzellensystems am Abstellort sein. Beispielsweise ist der Abstellort des Brennstoffzellensystems eines ersten Benutzers an einem Hang, so dass die Wahrscheinlichkeit eines Einfrierens bestimmter Stellglieder, Klappen oder Ventile größer ist als dies beispielsweise bei einem Brennstoffzellensystem der Fall ist, welches auf einer ebenen Fläche oder im Wesentlichen horizontal abgestellt wird.
Zudem kann alternativ oder ergänzend die Fahrverhaltensinformation auch eine Information über Querbeschleunigungskräfte auf das Brennstoffzellensystem sein, da auch diese Querbeschleunigungskräfte dazu beitragen können, Flüssigkeit, insbesondere Produktwasser, aus dem Brennstoffzellensystem auszubringen, was zu kürzeren Trocknungsprozeduren führt.
Alternativ oder ergänzend kann die Fahrverhaltensinformation auch eine Information über eine Pedaldynamik darstellen, die ebenfalls direkt mit der am Brennstoffzellenstapel angelegten Last und damit mit der im Stapel herrschenden Temperatur korreliert.
Es hat sich außerdem als vorteilhaft erwiesen, wenn die Fahrverhaltensinformation des Nutzers in einem Nutzerprofil hinterlegt ist, welches vorzugsweise mittels eines Schlüssels ausgewählt wird. Anhand dieses - vorzugsweise eindeutigen - Schlüssels lässt sich also eine Festlegung der Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen unter Berücksichtigung nutzerbezogener Daten berechnen.
Da ein Schlüssel auf einfache Weise weitergegeben werden kann, kann es vorkommen, dass die Fahrverhaltensinformation nicht dem zutreffenden Nutzer zugeordnet ist. Es hat sich deshalb als vorteilhaft erwiesen, wenn alternativ oder ergänzend das Nutzerprofil anhand der Einstellung des einen oder der mehreren Rückspiegel ausgewählt wird. Wird der eine oder die mehreren Rückspiegel in einer - insbesondere wiederkehrenden - Stellung eingestellt, so kann das System darauf schließen, dass ein bestimmter Benutzer das Brennstoffzellensystem oder das Brennstoffzellenfahrzeug benutzt. Anhand dieser Einstellungen kann also auf die Fahrverhaltensinformation und damit auf die nutzerbezogenen Daten zur Betriebsweise des Brennstoffzellensystems geschlossen werden, wodurch sich eine genauere Festlegung der Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen ergibt.
Alternativ oder ergänzend kann dabei auch die Sitzeinstellung zur Auswahl des entsprechenden Nutzerprofils herangezogen werden.
Alternativ oder ergänzend können auch anhand einer gewählten Fahrstrecke Rückschlüsse auf eine Fahrverhaltensinformation und insbesondere auf den Nutzer des Brennstoffzellensystems gezogen werden.
Alternativ oder ergänzend kann auch eine Gesichtserkennung erfolgen, so dass anhand des erkannten Gesichts auf einen bestimmten Nutzer und damit auf ein bestimmtes Fahrverhalten geschlossen werden kann, um die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen genauer zu errechnen.
Auch anhand eines Gewichtssensors innerhalb des Sitzes eines Brennstoffzellenfahrzeugs kann auf die Fahrverhaltensinformation des Nutzers zurückgegriffen werden.
Alternativ oder ergänzend kann sich auch ein dem Benutzer gehörendes Mobiltelefon, vorzugsweise automatisch, mit dem Fahrzeug oder dem Brennstoffzellensystem verbinden, um Aufschlüsse darüber zu geben, welcher Nutzer das Brennstoffzellensystem nutzt, wodurch sich eine noch genauer berechnete Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen erzielen lässt. In der Regel wird das Mobiltelefon von Nutzern nämlich nicht weitergegeben.
Die das Brennstoffzellensystem betreffende Aufgabe wird mit einem Brennstoffzellensystem mit dem Merkmalsbestand des Anspruchs 9 gelöst.
Es umfasst insbesondere eine Steuerungseinrichtung, die über eine Empfangsverbindung mit einer Empfangseinheit zum Empfang von Wetterdaten verbunden ist, wobei die Steuerungseinrichtung ausgestaltet ist, eine Prognose mittels einer Festlegung einer Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen anhand der Wetterdaten zum Zeitpunkt des zu erwartenden Neustarts zu erstellen, die festgelegte Wahrscheinlichkeit des Vorliegens der Froststartbedingungen mit einer vorgebeben oder vorgebbaren Grenzwahrscheinlichkeit zu vergleichen, und vorbereitende Maßnahmen für einen Froststart, vorzugsweise noch vor Ankunft des Brennstoffzellensystems am erwarteten Abstellort zu ergreifen, wenn die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen die Grenzwahrscheinlichkeit erreicht oder überschritten hat. Die Steuerungseinrichtung steht insbesondere in einer Kommunikationsverbindung mit einer Speichereinheit oder weist eine solche auf, in welcher nutzerbezogene Daten zur Betriebsweise des Brennstoffzellensystems hinterlegt sind, wobei die Steuerungseinrichtung ausgestaltet ist, die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen zusätzlich anhand der nutzerbezogenen Daten festzulegen.
Die das Brennstoffzellenfahrzeug betreffende Aufgabe wird mit einem Brennstoffzellenfahrzeug mit dem Merkmalsbestand des Anspruchs 10 gelöst. Es umfasst ein Brennstoffzellensystem, wie es vorstehend erläutert wurde sowie ein Navigationssystem zur Ermittlung eines erwarteten Abstellorts.
Sowohl das Brennstoffzellensystem als auch das Brennstoffzellenfahrzeug zeichnen sich durch ihren einfachen Aufbau aus und bieten nutzerbezogenen Komfort, insbesondere im Hinblick auf das vom Brennstoffzellensystem zu durchlaufende Verfahren für dessen Abstellen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 ein Flussdiagramm betreffend die Verfahrensschritte zum Abstellen des Brennstoffzellensystems einschließlich der Erstellung der Prognose, und
2 ein Brennstoffzellensystem zur Durchführung des in 1 gezeigten Verfahrens.

In 2 ist ein Brennstoffzellensystem 1 gezeigt, welches einen Brennstoffzellenstapel 5 umfasst, der eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Brennstoffzellen aufweist.
Jede der Brennstoffzellen umfasst eine Anode und eine Kathode sowie eine die Anode von der Kathode trennende protonenleitfähige Membran. Die Membran ist aus einem lonomer, vorzugsweise einem sulfonierten Tetrafluorethylen-Polymer (PTFE) oder einem Polymer der perfluorierten Sulfonsäure (PFSA) gebildet. Alternativ kann die Membran als eine Hydrocarbon-Membran gebildet sein.
Den Anoden und/oder den Kathode kann zusätzlich ein Katalysator beigemischt sein, wobei die Membranen vorzugsweise auf ihrer ersten Seite und/oder auf ihrer zweiten Seite mit einer Katalysatorschicht aus einem Edelmetall oder aus Gemischen umfassend Edelmetalle wie Platin, Palladium, Ruthenium oder dergleichen beschichtet sind, die als Reaktionsbeschleuniger bei der Reaktion der jeweiligen Brennstoffzelle dienen.
Über Anodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels 5 wird den Anoden Brennstoff (z.B. Wasserstoff) zugeführt werden. In einer Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle (PEM-Brennstoffzelle) werden an der Anode Brennstoff oder Brennstoffmoleküle in Protonen und Elektronen aufgespaltet. Die Membran lässt die Protonen (z.B. H⁺) hindurch, ist aber undurchlässig für die Elektronen (e^-). An der Anode erfolgt dabei die folgende Reaktion: 2H₂ → 4H⁺ + 4e^- (Oxidation/Elektronenabgabe). Während die Protonen durch die Membran zur Kathode hindurchtreten, werden die Elektronen über einen externen Stromkreis an die Kathode oder an einen Energiespeicher geleitet.
Über Kathodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels 5 kann den Kathoden Kathodengas (z.B. Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Luft) zugeführt werden, so dass kathodenseitig die folgende Reaktion stattfindet: O₂ + 4H⁺ + 4e^- → 2H₂O (Reduktion/Elektronenaufnahme).
Die Anodenräume sind vorliegend über eine Anodenzufuhrleitung 22 mit einem den Brennstoff bereitstellenden Brennstoffspeicher 26 verbunden. Über eine Anodenrezirkulationsleitung 24 kann an den Anoden nicht abreagierter Brennstoff den Anodenräumen erneut zugeführt werden. Hierbei wird der Anodenrezirkulationsleitung 24 ein nicht näher dargestelltes Rezirkulationsgebläse zugeordnet bzw. fluidmechanisch in die Anodenrezirkulationsleitung 24 eingekoppelt. Zur Regelung der Zufuhr des Brennstoffes ist der Anodenzufuhrleitung 22 ein Brennstoffstellglied 23 zugeordnet bzw. in der Anodenzufuhrleitung 22 angeordnet. Dieses Brennstoffstellglied 23 ist vorzugsweise als ein Druckregelventil gebildet. Stromaufwärts des Druckregelventils ist ein Wärmetauscher 25 in Form eines Rekuperators zur (Vor-)Erwärmung oder Konditionierung des Brennstoffes angeordnet.
Luft- oder kathodenseitig ist ein Verdichter 13 vorhanden, der vorliegend Umgebungsluft angesaugt und verdichtet. Aufgrund dieser Verdichtung erhöht sich die Temperatur des angesaugten Kathodengases, so dass es über eine Verdichterleitung 18 zunächst an einen Ladeluftkühler 14 geleitet wird, um es wieder auf eine gewünschte Temperatur herunter zu kühlen. Ausgehend vom Ladeluftkühler 14 wird das angesaugte, komprimierte Kathodengas einem Befeuchter 15 zugeleitet. Im Befeuchter 15 wird das trockene Kathodengases mit der Feuchtigkeit des Kathodenabgases, welches über eine Kathodenabgasleitung 17 dem Befeuchter 15 zugeführt wird, vermischt und damit ebenfalls befeuchtet, bevor es über die Kathodenzufuhrleitung 16 den Kathodenräumen des Brennstoffzellenstapels 5 zugeführt wird. Außerdem ist der Befeuchter 15 mit einer Abgasleitung 19 verbunden, über welche das verbleibende Kathodenabgas aus dem Brennstoffzellensystem 1 ausgeleitet wird. Mittels eines Stellglieds 2 (bspw. Druckregelventil) lässt sich das mittels des Verdichters 13 erwärmte Kathodengas über eine Bypassleitung 3 den Kathodenräumen unmittelbar zuführen. In diesem Falle erfolgt eine Trocknung des Brennstoffzellenstapels 5 für eine vorgebbare - vorzugsweise nutzerbezogene - Dauer in Abhängigkeit davon, ob die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Bedingungen eines Froststarts größer (gleich) oder kleiner (gleich) einer Grenzwahrscheinlichkeit ist.
Die Steuerung des Stellglieds 2 erfolgt mittels einer Steuerungseinrichtung 8, die mit einer Empfangseinheit 4 kommunikationsverbunden ist. Die Steuerungseinrichtung 8 weist einen Prozessor 12 auf, der dabei vorzugsweise als ein Mikrocontroller oder Mikroprozessor gebildet ist. Die Empfangseinheit 4 ist dafür ausgelegt, von einem Mobilfunknetz 7 mobile Daten in Form von Wetterdaten 11 zu empfangen. Zudem weist die Steuerungseinrichtung eine Speichereinheit 10 auf, in welchem erwartete Abstellorte hinterlegt sind, wobei zudem der Zielort eines Navigationssystems 9 als Abstellort genutzt und ggfs. der Speichereinheit 10 zugeführt werden kann. Dem Navigationssystem 9 ist vorliegend zusätzlich ein GPS-Sensor 6 (global positioning system) zugeordnet.
Die Steuerungseinrichtung 8 ist ausgestaltet, die in 1 gezeigte Abstellprozedur durchzuführen oder beim Brennstoffzellensystem 1 herbeizuführen.
Zunächst werden die Wetterdaten an einem erwarteten Abstellort des Brennstoffzellensystems von einem mobilen Datendienst, mithin vom Mobilfunknetz 7 abgefragt oder mittels der Empfangseinheit 4 empfangen (S1).
Anschließend wird mittels der Steuerungseinrichtung 8, insbesondere mittels deren Prozessor 12, eine Prognose mittels einer Festlegung einer Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen erstellt (S2) und zwar anhand der Wetterdaten (S2.1) zum Zeitpunkt des zu erwartenden Neustarts und anhand von nutzerbezogenen Daten 20, insbesondere anhand von Fahrverhaltensinformationen 21 zur Betriebsweise des Brennstoffzellensystems durch einen Nutzer (S2.2).
Weiterhin wird die festgelegte Wahrscheinlichkeit des Vorliegens der Froststartbedingungen mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwahrscheinlichkeit verglichen (S3).
Wenn die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen die Grenzwahrscheinlichkeit erreicht oder überschritten hat (S3+), so werden vorbereitende Maßnahmen für einen Froststart-Neustart des Brennstoffzellensystems 1 am erwarteten Abstellort ergriffen (S4), insbesondere also das Stellglied 2, vorzugsweise noch vor Ankunft am erwarteten Abstellort, zumindest teilweise geöffnet, um eine (Teil-)Trocknung des Brennstoffzellensystems 1 zum Ankunftszeitpunkt herbeizuführen.
Wenn die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen die Grenzwahrscheinlichkeit unterschreitet (S3-), so werden die vorbereitenden Maßnahmen für einen Froststart des Brennstoffzellensystems 1 am erwarteten Abstellort unterbunden (S5); also das Stellglied 2 insbesondere geschlossen gehalten, um keine Abstellprozedur zu initiieren.
Das Verfahren, das Brennstoffzellensystem 1 und das Brennstoffzellenfahrzeug weisen abschließend also den Vorteil auf, dass kurze Abstellzeiten erreicht werden können, wodurch sich der Komfort für die Nutzer erhöht. Zudem lässt sich die Effizienz der Brennstoffzellensystems 1 und damit des Brennstoffzellenfahrzeugs steigern aufgrund einer reduzierten Häufigkeit von durchgeführten Abstellprozeduren. Letzteres führt auch zu einer Verlängerung der Lebensdauer des Brennstoffzellensystems 1.
Bezugszeichenliste

1: Brennstoffzellensystem
2: Stellglied
3: Bypassleitung
4: Empfangseinheit
5: Brennstoffzellenstapel
6: GPS-Sensor
7: Mobilfunknetz
8: Steuerungseinrichtung
9: Navigationssystem
10: Speichereinheit
11: Wetterdaten
12: Prozessor
13: Verdichter
14: Ladeluftkühler
15: Befeuchter
16: Kathodenzufuhrleitung
17: Kathodenabgasleitung
18: Verdichterleitung
19: Abgasleitung
20: nutzerbezogene Daten
21: Fahrverhaltensinformation
22: Anodenzufuhrleitung
23: Brennstoffstellglied
24: Anodenrezirkulationsleitung
25: Wärmetauscher
26: Brennstoffspeicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011114715 A1 [0005]
DE 102014217780 A1 [0006]
DE 102016116214 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems (1) unter Berücksichtigung von zu erwartenden Froststartbedingungen bei einem Neustart, umfassend die Schritte: - Abfragen oder Empfangen von Wetterdaten (11) an einem erwarteten Abstellort des Brennstoffzellensystems (1) von einem Datendienst, - Erstellen einer Prognose mittels einer Festlegung einer Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen anhand der Wetterdaten (11) zum Zeitpunkt des zu erwartenden Neustarts, - Vergleich der festgelegten Wahrscheinlichkeit des Vorliegens der Froststartbedingungen mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwahrscheinlichkeit, und - Ergreifen vorbereitender Maßnahmen für einen Froststart des Brennstoffzellensystems (1) am erwarteten Abstellort, wenn die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen die Grenzwahrscheinlichkeit erreicht oder überschritten hat, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Festlegung der Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen nutzerbezogene Daten (20) zur Betriebsweise des Brennstoffzellensystems (1) durch einen Nutzer berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbereitenden Maßnahmen für einen Froststart unterbunden werden, wenn die Grenzwahrscheinlichkeit höher ist als die festgelegte Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erwartete Abstellort der Zielort eines Navigationssystems (9) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erwartete Abstellort anhand einer Häufigkeit von zuvor gewählten Abstellorten des Brennstoffzellensystems (1) prognostiziert oder gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nutzerbezogenen Daten (20) eine Startuhrzeit des zu erwartenden Neustarts darstellen, zu welcher das Brennstoffzellensystem (1) neu gestartet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die nutzerbezogenen Daten (20) eine Fahrverhaltensinformation (21) des Nutzers darstellen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrverhaltensinformation (21) eine Information über eine Überholhäufigkeit und/oder ein Geschwindigkeitsprofil und/oder ein Beschleunigungsverhalten und/oder eine Information über die Neigung des Brennstoffzellensystems (1) und/oder eine Information über Querbeschleunigungskräfte auf das Brennstoffzellensystem (1) und/oder eine Information über eine Pedaldynamik darstellt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrverhaltensinformation (21) des Nutzers in einem Nutzerprofil hinterlegt sind, welches mittels eines Schlüssels und/oder anhand der Einstellung des einen oder der mehreren Rückspiegel und/oder anhand einer Sitzeinstellung und/oder anhand einer gewählten Fahrstrecke und/oder anhand einer Gesichtserkennung und/oder anhand einer Gewichtserkennung und/oder anhand eines dem Nutzer gehörenden Mobiltelefons ausgewählt wird.
Brennstoffzellensystem (1) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend eine Steuerungseinrichtung (8), die über eine Empfangsverbindung mit einer Empfangseinheit (4) zum Empfang von Wetterdaten (11) verbunden ist, wobei die Steuerungseinrichtung (8) ausgestaltet ist, eine Prognose mittels einer Festlegung einer Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen anhand der Wetterdaten (11) zum Zeitpunkt des zu erwartenden Neustarts zu erstellen, die festgelegte Wahrscheinlichkeit des Vorliegens der Froststartbedingungen mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwahrscheinlichkeit zu vergleichen, und vorbereitende Maßnahmen für einen Froststart am erwarteten Abstellort zu ergreifen, wenn die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen die Grenzwahrscheinlichkeit erreicht oder überschritten hat dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (8) in einer Kommunikationsverbindung mit einer Speichereinheit (10) steht oder diese umfasst, in welcher nutzerbezogene Daten (20) zur Betriebsweise des Brennstoffzellensystems (1) hinterlegt sind, und dass die Steuerungseinrichtung (8) ausgestaltet ist, die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von Froststartbedingungen zusätzlich anhand der nutzerbezogenen Daten (20) festzulegen.
Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 9 sowie mit einem Navigationssystem (9) zur Ermittlung eines erwarteten Abstellort.