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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Systems aus Brennstoffzelle und Hilfsenergiespeicher unter Berücksichtigung von zukünftigem Bedarf an elektrischer Energie einer mobilen Plattform
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Stand der Technik
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Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler, bei denen ein Brennstoff wie z. B. Wasserstoff (H2) und ein Oxidationsmittel wie z. B. Sauerstoff (02) an Elektroden so miteinander reagieren, dass elektrische Energie entnommen werden kann und wobei auch Wärme entsteht. Wird einer Brennstoffzelle Energien entnommen, so ändert sich die Zellenspannung in Abhängigkeit von der resultierenden Stromdichte, also dem Strom pro Zellenfläche, entsprechend einer Strom-/Spannungskennlinie (UI)-Kennlinie der spezifischen Brennstoffzelle.
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Um höhere Leistungen mittels Brennstoffzellen bereitstellen zu können, werden diese in Zellenstapeln aneinandergereiht und in einem Brennstoffzellensystem mit entsprechenden Aggregaten für den Betrieb mit Mitteln zur Versorgung und zur Wärmeabfuhr versehen.
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Die von einem Brennstoffzellensystem generierte elektrische Energie kann in stationären und mobilen Anwendungen eingesetzt werden. In beiden Fällen kann der Betrieb eines Brennstoffzellensystems eine dynamische Betriebsweise erfordern, bei der aufgrund unterschiedlicher elektrischer Last, die Performance des Brennstoffzellensystems einer Strom-Spannungskennlinie folgt.
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Daraus kann dann ein Betrieb des Brennstoffzellensystems in Strom-Spannungsbereichen resultieren, die in einen ungünstigen Wirkungsgrad resultieren oder auch die Lebensdauer der Brennstoffzelle herabsetzen.
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Bei Polymerelektrolyt- (PEM-) Brennstoffzellen (engl. Polymer Electrolyte Fuel Cell/ PEM FC) resultieren zum Beispiel bei einer Belastung des Brennstoffzellensystems nahe der Leerlaufspannung OCV (engl. Open Circuit Voltage) eine beschleunigte Alterung der Kathoden-Katalysatorschicht. Die Abnahme der Zellspannung mit zunehmendem Strom ist in diesem Bereich von Aktivierungsverlusten dominiert.
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In diesem Potentialbereich limitierten kinetische Prozesse die Reaktionsraten der Elektrodenprozesse und somit den Betrieb, und Aufgrund von Kohlenstoffkorrosion und Platinoxidation in den Katalysatorschichten erfolgt eine vorzeitige Alterung des Brennstoffzellensystems.
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Dies ist umso ausgeprägter je höher das Brennstoffzellenpotential gemessen gegen eine Standardelektrode (SHE - Standard Hydrogen Electrode) ist. Insbesondere Potentiale größer 0.85 Volt und eine zyklische Belastung oberhalb dieses Potentials ist schädlich für die Kathoden-Katalysatorschicht und führen zu deren Degradation und damit zum Verlust der Katalysatoraktivität. In der Folge führt das zum Anstieg des Innenwiderstands der Zelle und damit zu einer Verringerung des Wirkungsgrades der Brennstoffzelle.
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Aber auch ein Betrieb bei besonders hohen Stromdichten, bei denen Konzentrationsüberspannungen dominieren, kommt es beim Beispiel einer PEM-Brennstoffzellen auf Grund von Transportverlusten sowohl in der Gasphase als auch der Flüssigphase zur Verarmung der Reaktionsedukte und somit zu einem geringeren Wirkungsgrad. Somit sind auch hohe Lastbetriebe mit entsprechend ineffizient geringen Zellspannungen, kleiner ungefähr 0.6 Volt, zu vermeiden.
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Bei mittleren Stromdichten einer PEM-Brennstoffzelle, wird die Steigung der Strom-Spannungs-Kennlinie der Brennstoffzelle in diesem Beispiel von ohmschen Widerständen dominiert (engl. Ohmic Loss Region), insbesondere vom Membranwiderstand und von Kontaktwiderständen.
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Da hier die Alterung der Brennstoffzelle wenig ausgeprägt ist und der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems (Brennstoffzelle + Nebenaggregate) besonders hoch ist, wird ein Betrieb der Brennstoffzelle in diesem Bereich angestrebt. Für Brennstoffzellensysteme, die auf anderen Brennstoffzellaufbauten basieren, gelten aus entsprechenden Elektrodenprozessen die gleichen Überlegungen, dass das Brennstoffzellensystem in einem bestimmten Potentialbereich der Einzelzelle betrieben werden sollte und somit für jedes Brennstoffzellensystem ein Bereich von einer unteren Last nicht unterschritten werden sollte und eine maximale Last nicht überschritten werden sollte.
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Bei Einsatz von Brennstoffzellensystemen für zumindest teilweise elektrisch angetriebene mobile Systeme, wie Roboter oder Fahrzeuge kann z. B. aus einem Streckenverlauf oder der Verkehrssituation des mobilen Systems eine dynamische Last resultieren, wenn die generierte Energie eines Brennstoffzellensystems zumindest teilweise für den Vortrieb eines solchen Systems verwendet wird und der Energiebedarf eines mobilen Systems aufgrund des Streckenverlaufs deutlich variiert.
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In Abhängigkeit der Hybridisierung eines solchen Systems, d. h. der Auslegung von einem Verhältnis von Brennstoffzellensystemleistung zur einer Batteriespeicherkapazität, kann sich in den Grenzfällen eine Betriebsstrategie mit einer direkter Lastfolge ergeben. D. h. der Betriebsmodus der Brennstoffzelle kann dann direkt mit der anliegenden Last verknüpft sein.
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Daher spielt beim Einsatz von Brennstoffzellensystemen in solchen Anwendungen, mit insbesondere Start-Stopp Zyklen sowie mit Lastbetrieben bei niedrigen Stromdichten und resultierenden Brennstoffzellenspannungen größer 0.85V, eine wesentliche Rolle für die Lebensdauer eines PEM-Brennstoffzellensystems und stellen eine Herausforderung an die Betriebsstrategie dar, um ungünstige Betriebszustände der verwendeten Brennstoffzellen im verwendeten Brennstoffzellensystem zu vermeiden.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Systems aus zumindest einer elektrochemischen Brennstoffzelle und zumindest einem elektrischen Hilfsenergiespeicher, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Speichermedium sowie eine Steuer- und Prädiktionseinheit zum Ausführen eines solchen Verfahrens, sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Steuer- und Prädiktionseinheit, angegeben.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich mittels eines Verfahrens mit prädiktiver Betriebsstrategie für mobile Brennstoffzellensysteme, Energieflüsse zwischen einer elektrochemischen Brennstoffzelle und zumindest einem elektrischen Hilfsenergiespeicher mittels einer Schätzung des zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie, so regeln lassen, dass die Brennstoffzelle weitgehend in einem Bereich mit hohem Wirkungsgrad und geringer Degradation betrieben wird.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Systems aus zumindest einer elektrochemischen Brennstoffzelle und zumindest einem elektrischen Hilfsenergiespeicher angegeben, das zur Bereitstellung elektrischer Energie für zumindest einen elektrischen Verbraucher einer zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Plattform eingerichtet ist. Das Verfahren regelt einen elektrischen Energiefluss zwischen dem Hilfsenergiespeicher und der Brennstoffzelle und/oder zumindest einem Verbraucher, abhängig von einem geschätzten zukünftigen Bedarf an elektrischer Energie für den Betrieb der Plattform.
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Mit einem solchen prädiktiven Verfahren, zur Schätzung des zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie, werden aufgrund der Energieflüsse vor allem zu und von dem mindestens einen Hilfsenergiespeicher schon vor Eintreten eines besonders hohen oder besonders niedrigen Leistungsbedarfs einer zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Plattform, der Hilfsenergiespeicher vorbereitet, Energie zu einer späteren Zeit entweder aufnehmen oder abgeben zu können.
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Im Normalbetrieb solch einer zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Plattform wird der Ladezustand eines solchen Hilfsenergiespeichers typischerweise im Bereich von 30% bis 70% der maximalen Kapazität des Speichers gehalten, um Leistungsspitzen abfangen zu können.
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Wenn mittels des erfinderischen Verfahrens der zukünftige Energiebedarf prädiktiv geschätzt wird, kann dieser Bereich erweitert werden und damit erreicht werden, dass für die Brennstoffzelle kritische Bereiche mit geringerem Wirkungsgrad oder schädigender Wirkung weiter reduziert werden. Denn die Brennstoffzelle oder das Brennstoffzellensystem kann bei einem Energiefluss in den Hilfsenergiespeicher in einem Betriebsbereich mit höheren Leistung geregelt werden oder bei Energiefluss aus dem Hilfsenergiespeicher heraus zum Verbraucher von dem Hilfsenergiespeicher unterstützt werden, die angeforderte Leistung für den Verbraucher der mobilen Plattform bereitzustellen.
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Bei der Regelung des Energieflusses zum Hilfsenergiespeicher kann der aktuelle Ladezustand des Hilfsenergiespeichers berücksichtigt werden, um eine Überladen oder eine Tiefentladung zu vermeiden.
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Dies kann die Lebensdauer der Brennstoffzelle und den Wirkungsgrad der einzelnen Brennstoffzellen bzw. des Brennstoffzellensystems erhöhen. Dadurch kann sich eine Ersparnis der Gesamtkosten des Betriebs ( engl. Total Cost of Ownerschip, TCO) und eine Reichweitenverlängerung für eine mobile Plattform mit einem solchen System erzielen lassen, wenn es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geregelt wird.
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Als Hilfsenergiespeicher kann eine elektrische bzw. elektrochemische Batterie oder eine Batteriesystem vorgesehen sein, alternativ kann eine entsprechend eingerichtete elektrische Kapazität, wie ein Supercapacitor, die Energie speichern. Die Energie kann aber auch in elektromechanischen Vorrichtungen oder anderen Vorrichtungen wie z. B. ein elektrochemischer Elektrolyseur o.ä. zur Speicherung von Energie gespeichert werden.
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Als Brennstoffzelle können neben der bereits erwähnten PEM-Brennstoffzelle auch alle anderen Brennstoffzellenaufbauten in einem solchen System, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geregelt wird verwendet werden. Das können z. B. Direktmethanol / Luft Brennstoffzellen, Festoxid-(engl. SOFC) Brennstoffzellen und alle weiteren Brennstoffzellen sein, die in einem bestimmten Leistungsbetriebsbereich günstiger weise betrieben werden.
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Wenn eine solche Plattform teilweise elektrisch angetrieben wird bedeutet dies, dass der elektrische Antrieb entweder zeitlich zu und abgeschaltet wird, oder dass ein Teil der Antriebslast von dem elektrischen Antrieb übernommen wird.
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Mobile Plattformen für ein solches System können Fahrzeuge aller Art sein, aber auch autonome oder teilautonome Systeme wie Roboter.
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Bei dem zukünftigen Bedarf von elektrischer Energie wird die Energie betrachtet, die vorwiegend weiter in der Zukunft vorwiegend für den Vortrieb verbraucht wird und von vielen unterschiedlichen Faktoren, wie z. B. der Topographie des Weges oder Verkehrssituation, abhängt.
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Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann bei einem System, dass entsprechend einem Brennstoffzellen-Plugin-Hybrid oder Brennstoffzellen Range-Extender aufgebaut ist, und bei längerer Fahrstrecke die Brennstoffzelle aktiviert wird, sobald ein mittlerer Ladezustand des Hilfsenergiespeichers erreicht ist, aufgrund der hohen elektrischen Kapazität des Hilfsenergiespeichers eines solchen Systems, die Brennstoffzelle bis zum Erreichen des Fahrziels stets in einem in Bezug auf ihre Degradation der Brennstoffzelle günstigen Betriebsbereich gehalten werden, da die Batterie stets ausreichend Leistung und Energie akzeptieren und abgeben kann. Unter der Annahme, dass Wasserstoff pro kWh Traktionsenergie stets teurer bleiben wird als elektrische Energie an einer Ladestation, würde aufgrund der erfindungsgemäßen prädiktiven Regelung es möglich sein, die Energieflüsse so einzustellen, dass bei Fahrtende oder bei Erreichen eines vorgeplanten Ladepunktes, der Hilfsenergiespeicher (z. B. in der Ausführungsform einer Batterie weitgehend entleert ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Energiefluss in dem System so geregelt wird, dass dem Hilfsenergiespeicher elektrische Energie entzogen wird, bevor der zuvor geschätzte Bedarf an elektrischer Leistung für die Verbraucher geringer als eine untere Leistungsbetriebsgrenze der Brennstoffzelle ist.
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Die untere Leistungsbetriebsgrenze ist dabei so gewählt, dass die Anzahl und Dauer von Betriebszuständen minimiert wird, bei denen die Kathode der Brennstoffzelle Potentiale oberhalb eines oberen Schwellwerts erfährt, der mit erhöhter Katalysatordegradation einhergeht. Bei Platin-Kohlenstoff basierten Katalysatorschichten einer PEM-Brennstoffzelle kann diese Potentialschwelle auf ca. 0.85 V gelegt werden.
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Damit wird erreicht, dass, wenn der vorher als sehr gering eingeschätzte Bedarf später tatsächlich eintritt, also bei geringer Leistungsanforderung des Verbrauchers, ein Leistungsstrom von der Brennstoffzelle zum Hilfsenergiespeicher geregelt werden kann, um die Brennstoffzelle auf einem höheren Leistungsbetrieb zu halten als es der momentanen Leistungsanforderung des Verbrauchers entspricht.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass dem Hilfsenergiespeicher die elektrische Energie entzogen wird, indem die elektrische Energie einem der Verbraucher der Plattform zugeführt wird.
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Als Verbraucher kann ein elektrischer Motor für den Antrieb der Plattform dienen, die Leistung kann aber auch in ein anderes Aggregat wie eine Heizung oder Kühlung oder einen anderen Hilfsenergiespeicher fließen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zusätzlich der Energiefluss von der Brennstoffzelle zum Verbraucher reduziert wird, bevor der zuvor geschätzte Bedarf an elektrischer Leistung dann für die Verbraucher geringer als eine untere Leistungsbetriebsgrenze der Brennstoffzelle ist.
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Damit kann erreicht werden, dass der Hilfsenergiespeicher durch einen elektrischen Leistungsfluss zu dem Verbraucher, der vorher von der Brennstoffzelle mit elektrischer Leistung versorgt wurde, die Leistung für die Entladung des Hilfsenergiespeichers abgeben kann, wenn der vorher geschätzte Bedarf später tatsächlich eintritt.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Energiefluss in dem System so geregelt wird, dass dem Hilfsenergiespeicher elektrische Energie zugeführt wird, bevor der geschätzte zukünftige Bedarf an elektrischer Leistung für die Plattform eine obere Leistungsbetriebsgrenze der Brennstoffzelle überschreitet.
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Die obere Leistungsbetriebsgrenze ist dabei so gewählt, dass die Anzahl und Dauer von Betriebszuständen minimiert wird, bei die Brennstoffzelle bei Potentialen kleiner als einem unteren Schwellwerts betrieben wird, der vor allem mit Einbußen beim Wirkungsgrad der Brennstoffzelle einhergeht. Bei Platin-Kohlenstoff basierten Katalysatorschichten einer PEM-Brennstoffzelle kann diese untere Potentialschwelle auf ca. 0.6 V gelegt werden. Ein weiterer Grund, aus welchem bei Wasserstoff/Luft Brennstoffzellen Potentiale unterhalb 0.6V bei gleichzeitig hoher Stromdichte vermieden werden müssen ist, dass der Kühlbedarf der Brennstoffzelle in diesem Bereich die Kühlfähigkeit des Fahrzeugkühlers übersteigt und ein solcher Betrieb nur für sehr kurze Zeit (Aufheizzeit des Systems bis auf die maximal zulässige Betriebstemperatur) aufrecht erhalten werden darf.
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Damit wird der Gesamtwirkungsgrad des Systems erhöht, da die Dauer des Betriebs der Brennstoffzelle bei niedrigen Wirkungsgraden vermindert wird.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass vor dem Überschreiten einer oberen Leistungsbetriebsgrenze dem Hilfsenergiespeicher die elektrische Energie von der Brennstoffzelle zugeführt wird.
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Damit wird erreicht, dass die Energie in dem System aus Brennstoffzelle und Hilfsenergiespeicher erhalten bleibt, aber die Brennstoffzelle mit der Unterstützung eines Energieflusses von dem Hilfsenergiespeicher zum Verbraucher die zukünftige Leistungsspitze abfangen kann, womit die Brennstoffzelle weiter unterhalb der oberen Leistungsbetriebsgrenze betrieben werden kann.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der zukünftige Bedarf an elektrischer Energie aufgrund einer datenmäßigen Repräsentation der zukünftigen Verkehrslage oder dem zukünftigen Streckenverlauf geschätzt wird.
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Die zukünftige Verkehrslage und der zukünftige Streckenverlauf können aus unterschiedlichen Quellen stammen, die entweder schon datenmäßig repräsentiert sind, oder so gewandelt werden, dass sie datenmäßig repräsentiert geeignet für eine weitere Datenverarbeitung vorliegen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der zukünftige Energiebedarf an Hand von einer Vielzahl von Einflussfaktoren geschätzt. Die Schätzung kann berücksichtigen, dass:
- - sich abhängig von der Verkehrslage unterschiedliche mittlere Geschwindigkeiten über die verschiedenen Streckenabschnitte ergeben. Für diese Schätzung können Live-Verkehrsdaten, insbesondere Stau-Vorhersagen aus einem online-Navigationssystem als Eingangsgrößen für die Schätzung herangezogen werden.
- - die Topologie eines geplanten Streckenverlaufs der mobilen Plattform inkl. der Energierückgewinnung durch Rekuperation sowie auch Ampelphasen mit entsprechenden Beschleunigungsvorgängen einen Einfluss auf den Bedarf an elektrischer Energie hat.
- - das Nutzerverhalten in Abhängigkeit des erkannten Fahrers typische Zwischenfahrziele anfährt, wie z. B. Tankstellen, Einkaufszentren, Halte- und Wartezeiten (KITA etc.), Haltestellen (Bus), Rastplätze (LKW) den Energiebedarf mitbestimmt.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der zukünftige Bedarf an elektrischer Energie aufgrund von Sensordaten, die das aktuelle Fahrzeugverhalten charakterisieren, geschätzt wird.
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Die Schätzung berücksichtig dabei:
- - das aktuelle Fahrzeugverhalten, ableitbar z. B. durch heute bereits in Fahrzeugen vorhandenen Mehrachsen-Beschleunigungssensoren ermittelten Beschleunigungswerten und unter Kenntnis der an der E-Maschine anliegenden Leistung, dem von den Reifendrucksensoren bekannten Reifendruck und der aus dem Navigationssystem bekannten Topologie der Fahrstrecke, ermittelte Fahrzeugmasse und Anhängelast für den Energiebedarf.
- - die aktuellen Wetterbedingungen wie Wind und Niederschlag, die durch Sensorik oder drahtlos übertragene Wetterberichte in die Schätzung eingehen können.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Energiefluss in dem System zusätzlich so geregelt wird, dass ein Energieinhalt des Hilfsenergiespeichers am Ende einer geplanten Fahrtstrecke bevorzugt 20 % des maximalen Energieinhaltes unterschreitet.
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Damit erhält man den oben beschriebenen Vorteil einer wirtschaftlich günstigen Betriebsweise.
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Die Erfindung gibt außerdem ein Computerprogrammprodukt an, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
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Die Erfindung gibt außerdem ein Computerlesbares Speichermedium an, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
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Die Erfindung umfasst auch eine Steuer-und Prädiktionseinheit für die Regelung eines Energieflusses zwischen einem Hilfsenergiespeicher und einer Brennstoffzelle und/oder zumindest einem Verbraucher, wobei die Steuer-und Prädiktionseinheit eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
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Die Erfindung umfasst auch ein Fahrzeug, das einen elektrischen Antriebsmotor aufweist, zumindest eine Brennstoffzelle, zumindest einen Hilfsenergiespeicher und eine oben beschriebene Steuer-und Prädiktionseinheit zur Regelung des Energieflusses zwischen dem Hilfsenergiespeicher und der Brennstoffzelle und/oder zumindest dem Antriebsmotor, wobei die Steuer-und Prädiktionseinheit eingerichtet ist das oben beschriebenen Verfahren auszuführen.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den 1 und 2 sowie in den folgenden Ausführungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Schema der Informations- und Energieflüsse des Verfahrens;
- 2 ein Fahrzeug mit einer Steuereinheit, die eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen.
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Die 1 zeigt schematisch die Informations- und Energieflüsse 10 des beschriebenen Verfahrens zum Betreiben eines Systems aus zumindest einer elektrochemischen Brennstoffzelle 4 und zumindest einem elektrischen Hilfsenergiespeicher 3. Eine Prädiktionseinheit 1, die den zukünftigen Bedarf an elektrischer Energie schätzt, erhält Daten aus einer Datenbank 6a, die z. B. Kartenmaterial über einen möglichen geplanten Streckenverlauf, Startpunkte und Zielpunkte für eine mobile Plattform 20 enthalten.
Über drahtlose Kommunikation 6b erhält die Prädiktionseinheit 1 z. B. Daten über das Verkehrsaufkommen, eine Routenführung anderer Fahrzeuge, aktualisierte Daten über Straßenverläufe und Geländeverläufe, die dann in der Datenbank 6a abgelegt werden können.
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Zusätzlich hat die Prädiktionseinheit 1 Zugriff auf Daten sämtlicher Sensoren 6c, die mit der mobilen Plattform verbunden sind. Über eine Verbindung zu einem globalen Positionssystem (GPS) oder einem lokalen Positionssystem 6d kann die Prädiktionseinheit 1 die aktuelle Position der Plattform 20 bestimmen. In einer speziellen Einheit 6d kann das gesamte Verhalten der Plattform 20 gespeichert und gelernt werden, so dass die Prädiktionseinheit 1 Zugriff auch zu diesen Daten erhalten kann. Zusätzlich kann die Prädiktionseinheit 1 Daten über die Rekuperation 6f der Antriebsleistung erhalten und in die Prädiktion des zukünftigen elektrischen Energiebedarfs einbeziehen.
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Der Ausgang der Prädiktionseinheit 1 ist mit einer Steuerung 2 mit integrierter Leistungselektronik (Bidirektionaler DC/DC-Konverter, der die Batterie- und Brennstoffzellenspannung auf eine Hochvolt-Bordnetzspannung umsetzt) verbunden, die die Verteilung von Energieflüssen, abhängig von dem, von der Prädiktionseinheit 1 geschätzten zukünftigen Energiebedarf regelt. Dabei kann der Energiefluss von der Brennstoffzelle 4 zu einem Elektromotor 5, ggf. mit integriertem Inverter, und/oder einem Hilfsenergiespeicher 3, entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren, geregelt werden. Die Skizze der Informations- und Energieflüsse 10 sieht auch mindestens einen weiteren Verbraucher 5a, wie z. B. ein Aggregat oder eine Klimaanlage, vor. Zusätzlich zu der Brennstoffzelle 4 kann auch noch mindestens eine weitere Energiequelle 4a vorgesehen sein, wie z. B. ein Verbrennungsmotor oder Solarmodul. Die Steuerung 2 ist eingerichtet, das oben beschriebene Verfahren auszuführen, so dass es abhängig von der Prädiktion der Prädiktionseinrichtung 1 die Energieflüsse zwischen all diesen Energiequellen 3, 4, 4a und den Verbrauchern 5, 5a regeln kann.
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Die 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Plattform 20 in der beispielhaften Form eines Fahrzeugs 20, die eine Steuereinheit 22 incl. Leistungselektronik für die Steuerung eines Energieflusses zwischen einem Hilfsenergiespeicher 23 und einer Brennstoffzelle 24 und/oder zumindest einem Verbraucher 25 aufweist.
Die Steuereinheit 22 ist mit einer Prädiktionseinheit 21 verbunden, die einen zukünftigen Energiebedarf für mindestens einen elektrischen Verbraucher 25, hier beispielhaft als Antriebsmotor 25 ausgeführt, schätzt. Die Steuereinheit 22 stellt, abhängig von dieser Schätzung, einen elektrischen Energiefluss zwischen dem Hilfsenergiespeicher 23 und der Brennstoffzelle 24 und/oder zumindest einem Verbraucher 25 ein. Skizziert ist hier als Input für die Prädiktionseinheit 21 eine Einheit 26a für die gesamte drahtlose Kommunikation, eine Einheit 26b für die gesamte Sensorik, die auf der Plattform bzw. dem Fahrzeug angeordnet ist sowie ein Datenverarbeitungssystem 26c, das Daten speichern und verarbeiten kann. Das Datenverarbeitungssystem 26c kann sowohl wie eine Datenbank Daten vorrätig halten und aufnehmen, als auch Berechnungen z. B. zum charakteristischen Nutzerverhalten z. B. mittels maschinellem Lernen ggf. unter Verwendung neuronaler Netze oder statistischen Auswertungen, anstellen.
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Die Prädiktionseinheit 21 ist eingerichtet, das oben beschriebene Verfahren auszuführen und somit aufgrund von der zukünftigen Verkehrslage oder dem zukünftigen Streckenverlauf oder dem aktuellen Fahrzeugverhalten den zukünftigen Energiebedarf für den mindestens einen Antriebsmotor zu schätzen. Die Steuereinheit 22 ist eingerichtet, entsprechend dem oben erläuterten Verfahren, die Energieflüsse entsprechend der Schätzung der Prädiktionseinheit zu regeln.
