DE102020100627A1 - Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenfahrzeugs sowie Brennstoffzellenfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenfahrzeugs, umfassend die Schritte:- Sammeln von bei der Brennstoffzellenreaktion entstehendem Produktwasser im Reservoir (21) der Abgasanlage (20) bei geschlossenem Ablassventil (28),- Bereitstellen eines Werts für den mindestens einen fahrzeugexternen Parameter,- Prüfen des bereitgestellten Werts in Verbindung mit der im Reservoir (21) vorherrschenden Produktwassertemperatur und Ermitteln eines Grads der Gefahr, dass durch das Abgeben des Produktwassers ein für die Fahrzeugumgebung nachteilhaftes Ereignis eintritt, und- Abgeben des Produktwassers an die Fahrzeugumgebung durch Öffnen des Ablassventils (28), wenn beim Ermitteln des Grads der Gefahr ein Gefahrgrenzwert nicht erreicht wird, oder- Verhindern der Abgabe von flüssigen Produktwasser sonst.Die Erfindung betrifft weiterhin ein Brennstoffzellenfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenfahrzeugs, welches elektrisch mittels eines Brennstoffzellensystems betrieben wird, das eine kathodenseitig angeschlossene Abgasanlage aufweist, welche zur zeitweisen Speicherung von flüssigem und gasförmigen Produktwasser ein Reservoir umfasst, das mit einer Ablassleitung verbunden ist, in welcher ein verstellbares Ablassventil eingebunden ist, und mit einem Steuergerät zur Ansteuerung des Ablassventils, um das im Reservoir gespeicherte Produktwasser in Abhängigkeit von einer im Reservoir vorliegenden Produktwassertemperatur sowie in Abhängigkeit mindestens eines fahrzeugexternen Parameters an die Fahrzeugumgebung abzugeben. Die Erfindung betrifft außerdem ein Brennstoffzellenfahrzeug.
  • 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 Membranelektrodenanordnung 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.
  • Beim Abgeben dieses Wassers an die Umgebung des Kraftfahrzeugs kann ein für die Fahrzeugumgebung nachteilhaftes Ereignis aufgrund der vorherrschenden Umweltbedingungen eintreten. Ein für die Fahrzeugumgebung nachteilhaftes Ereignis ist beispielsweise die Eisbildung auf der Fahrbahn durch das Ablassen des Flüssigwassers bei niedrigen Temperaturen. Ein weiteres nachteilhaftes Ereignis ist beispielsweise das vermehrte Ansammeln von Wasser auf dem Untergrund, sollte das flüssige Produktwasser abgelassen werden. Flüssiges Produktwasser kann vorzugsweise auch dann nicht abgelassen werden, wenn sich Personen in der unmittelbaren Nähe des Kraftfahrzeugs befinden.
  • Dem Abwassermanagement des Brennstoffzellensystems, dem temporären Speichern und dem gezielten Ablassen von Produktwasser widmen sich beispielsweise die Druckschriften US 2006 / 0 068 240 A1 , JP 2008 277 315 A und US 2019/0 221 871 A1 .
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenfahrzeugs und ein Brennstoffzellenfahrzeug anzugeben, die zumindest einem der vorstehend erwähnten Nachteilen Rechnung tragen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Brennstoffzellenfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst insbesondere die folgenden Schritte:
    • - Sammeln von bei der Brennstoffzellenreaktion entstehendem Produktwasser im Reservoir der Abgasanlage bei geschlossenem Ablassventil,
    • - Bereitstellen eines Werts für den mindestens einen fahrzeugexternen Parameter,
    • - Prüfen des bereitgestellten Werts in Verbindung mit der im Reservoir vorherrschenden Produktwassertemperatur und Ermitteln eines Grads der Gefahr, dass durch das Abgeben des Produktwassers ein für die Fahrzeugumgebung nachteilhaftes Ereignis eintritt, und
    • - Abgeben des Produktwassers durch Öffnen des Ablassventils an die Fahrzeugumgebung, wenn beim Ermitteln des Grads der Gefahr ein Gefahrgrenzwert nicht erreicht wird, oder
    • - Verhindern der Abgabe von flüssigen Produktwasser sonst.
  • Damit ist der Vorteil verbunden, dass vor dem eigentlichen Ablassen die Temperatur des Produktwassers einerseits und der mindestens eine für die Umgebung relevante, mithin fahrzeugexterne Parameter berücksichtigt werden bei der Bewertung, ob flüssiges Produktwasser abgelassen wird oder nicht.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der mindestens eine fahrzeugexterne Parameter die aktuelle oder die entlang einer gewählten Fahrtroute mittels eines Datendienstes prognostizierte Witterung ist. Hierbei können beispielsweise die Windrichtung und/oder -stärke und/oder ein Luftdruck und/oder ein aktueller oder zu erwartender Niederschlag Berücksichtigung finden. Somit lässt sich die Entleerung des Reservoirs also in Abhängigkeit von Umweltbedingungen wie der vorherrschenden Außen-/Straßentemperatur, dem Verkehrsaufkommen, dem Straßenbelag usw. sowie der Produktwassertemperatur zu steuern.
  • Vorzugsweise ist der mindestens eine fahrzeugexterne Parameter die mittels eines Temperatursensors aktuell gemessene oder die entlang einer gewählten Fahrtroute mittels eines Datendienstes prognostizierte Umgebungstemperatur. Auf diese Weise lässt sich zuverlässig ein Grad für die Gefahr der Eisbildung beim Ablassen des flüssigen Produktwassers ermitteln.
  • Es ist aber auch möglich, dass entlang einer vorgegebenen Route ein für die Umwelt nachteilhaftes Ereignis eintritt, wobei es von Vorteil ist, wenn der mindestens eine fahrzeugexterne Parameter mittels eines GPS-Sensors erfasste Positionsdaten des Brennstoffzellenfahrzeugs betrifft. Somit kann festgestellt werden, ob sich das Brennstoffzellenfahrzeug im Zeitpunkt des geplanten Ablassens des flüssigen Produktwassers auf einem Untergrund befindet, der ein rasches Abfließen begünstigt. Ist dies umgekehrt nicht der Fall, so wird ein Ablassen durch das Steuergerät zuverlässig verhindert.
  • Zudem kann es sinnvoll sein, das Produktwasser nur an denjenigen Stellen abzulassen, an welchen weitere Verkehrsteilnehmer nicht beeinträchtigt werden. In diesem Zusammenhang ist daher möglich, dass der mindestens eine fahrzeugexterne Parameter mittels eines Datendienstes ermittelte Daten zur aktuellen oder prognostizierten Verkehrslage betrifft. So kann beispielsweise flüssiges Produktwasser auch nur bei geringem Verkehrsaufkommen abgegeben werden; bei hohem Verkehrsaufkommen wird die Abgabe verhindert.
  • Um den Untergrund des Kraftfahrzeugs darauf zu überprüfen, ob dieser geeignet ist, Wasser aufzunehmen oder abzuführen, ist es von Vorteil, wenn der mindestens eine fahrzeugexterne Parameter mittels einer optischen Erfassungseinrichtung erfasste Daten zur Beschaffenheit des Untergrunds des Brennstoffzellenfahrzeugs betrifft. Hierbei kann ein Kamera des Brennstoffzellenfahrzeugs, insbesondere eine Frontkamera genutzt werden, mit der die Beschaffenheit des Untergrunds optisch bewertbar ist.
  • Vorzugsweise ist dem Reservoir ein Füllstandsensor zugeordnet, wobei das Produktwasser aus dem Reservoir bei Erreichen eines Grenzfüllstands abgelassen wird. Somit wird das flüssige Produktwasser nicht im Reservoir überlaufen oder im schlimmsten Falle sogar in den Brennstoffzellenstapel zurücklaufen. Alternativ ist die Möglichkeit gegebenen, dass das Produktwasser in einem Zeitpunkt eines geringen Grads an Gefahr auch dann wiederkehrend abgelassen wird, wenn der Füllstand noch nicht einen Grenzfüllstand des Reservoirs erreicht hat.
  • Sollte der Grenzfüllstand erreicht sein, aber die Umgebung Gefahr laufen, dass ein für sie nachteilhaftes Ereignis durch das Ablassen des Flüssigwassers eintritt, so ist außerdem die Möglichkeit vorhanden, dass dem Reservoir eine Heizeinrichtung zur Erwärmung des Produktwassers zugeordnet ist, dass das flüssige Produktwasser im Reservoir im Falle des Erreichens des Gefahrgrenzwertes zumindest teilweise mittels der Heizeinrichtung von der flüssigen in die gasförmige Phase überführt wird, und dass das Produktwasser dann in gasförmigen Zustand an die Fahrzeugumgebung abgegeben wird.
  • Das erfindungsgemäße Brennstoffzellenfahrzeug weist ein Brennstoffzellensystem mit einem Steuergerät auf, das ausgebildet ist das vorangehende erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Die in Verbindung mit dem Verfahren genannten Wirkungen und vorteilhaften Ausgestaltungen gelten daher in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Brennstoffzellenfahrzeug.
  • Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
    • 1 ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Navigationssystem und einem Brennstoffzellensystem (schematisch gezeigt).
  • In 1 ist ein über eine Kommunikationsverbindung 8 mit einem Navigationssystem 2 verbundenes Brennstoffzellensystem 1 gezeigt, welches einen Brennstoffzellenstapel 5 umfasst, der eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Brennstoffzellen aufweist. Das Brennstoffzellensystem 1 und das Navigationssystem 2 sind Teile des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenfahrzeugs.
  • 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. 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 ansaugt 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.
  • In einer auf den Abgasstrom bezogenen Richtung ist stromab des Befeuchters 15 eine Abgasanlage 20 angeschlossen, welche zur zeitweisen Speicherung von flüssigem und gasförmigen Produktwasser ein Reservoir 21 umfasst, das mit einer Ablassleitung 27 verbunden ist, in welcher ein verstellbares Ablassventil 28 eingebunden ist. Das Ablassventil 28 lässt sich mit einem Steuergerät, insbesondere dem Brennstoffzellensteuergerät, ansteuern, um das im Reservoir 21 gespeicherte Produktwasser in Abhängigkeit von einer im Reservoir 21 vorliegenden Produktwassertemperatur sowie in Abhängigkeit mindestens eines fahrzeugexternen Parameters an die Fahrzeugumgebung zugeben. Fahrzeugexterne Parameter werden untenstehend näher erläutert. Dem Reservoir 21 ist vorliegend ein Füllstandsensor zugeordnet, wobei das Produktwasser aus dem Reservoir erst bei Erreichen eines Grenzfüllstands abgelassen wird. Es ist aber die Möglichkeit vorhanden, Produktwasser in einem Zeitpunkt eines geringen Grads an Gefahr auch dann wiederkehrend abzulassen, wenn der Füllstand noch nicht einen Grenzfüllstand des Reservoirs 21 erreicht hat.
  • Das Steuergerät ist ausgebildet, das bei der Brennstoffzellenreaktion entstehende Produktwasser im Reservoir 21 der Abgasanlage bei geschlossenem Ablassventil 28 zu sammeln, einen Wert für den mindestens fahrzeugexternen Parameter bereitzustellen oder bereitgestellt zu bekommen, den bereitgestellten Wert in Verbindung mit der im Reservoir 21 vorherrschenden Produktwassertemperatur zu prüfen und einen Grad der Gefahr dafür zu ermitteln, dass durch das Abgeben des Produktwassers ein für die Fahrzeugumgebung nachteilhaftes Ereignis eintritt. Es Steuergerät ist außerdem ausgebildet, das System zu veranlassen, das Produktwasser an die Fahrzeugumgebung durch Öffnen des Ablassventils 28 abzugeben, wenn beim Ermitteln des Grads der Gefahr ein Gefahrgrenzwert nicht erreicht wird, oder zu verhindern, das flüssiges Produktwasser abgegeben wird.
  • Ein für die Fahrzeugumgebung nachteilhaftes Ereignis ist beispielsweise die Vereisung der Fahrbahn durch das Ablassen des Flüssigwassers. Ein weiteres nachteilhaftes Ereignis ist beispielsweise das vermehrte Ansammeln von Wasser auf dem Untergrund, sollte das flüssige Produktwasser abgelassen werden. Flüssiges Produktwasser wird vorzugsweise auch dann nicht abgelassen, wenn Personen sich um das Kraftfahrzeug herum befinden.
  • Das gezeigte Navigationssystem 2 kann in ein Fahrzeugsteuergerät oder in das Brennstoffzellensteuergerät integriert sein. Es umfasst vorliegend eine Speichereinheit 10, in der beispielsweise eine topografische Karte hinterlegt ist. Die Speichereinheit 10 des Navigationssystems 2 ist mit einer Routenbestimmungseinrichtung 3 verbunden, wie durch die gestrichelt dargestellte Linie illustriert ist. Vorliegend weist das Navigationssystem 2 zusätzlich eine Datenempfangseinrichtung 4 auf, die ausgebildet ist, Witterungs- oder Wetterdaten 11 eines Datendienstes 7 mittels eines Sensors 9, insbesondere streckenabschnittsbezogen, zu empfangen. Zudem weist die Datenempfangseinrichtung 4 einen GPS-Sensor 6 auf. Sie ist deshalb außerdem ausgebildet, Positionsdaten 12, beispielsweise satellitengestützt mittels eines Satelliten 31, insbesondere streckenabschnittsbezogen, zu empfangen. Der Sensor 9 und die Datenempfangseinrichtung 4 können zudem ausgebildet sein, Daten zur Verkehrslage und/oder Daten zur Emissionsbelastung, insbesondere streckenabschnittsbezogen, zu empfangen. Die von der Datenempfangseinrichtung 4 empfangenen Daten können über eine Kommunikationsleitung 8 an die Routenbestimmungseinrichtung 3 übermittelt werden. Alternativ oder ergänzend können die von der Datenempfangseinrichtung 4 empfangenen Daten auch über eine Datenleitung der Speichereinheit 10 zugeführt werden und dort, zumindest zeitweise, hinterlegt werden. Die von der Datenempfangseinrichtung 4 empfangenen Daten stehen ebenfalls dem Steuergerät des Brennstoffzellensystems oder des Brennstoffzellenfahrzeugs zur Verfügung.
  • Der mindestens eine fahrzeugexterne Parameter kann eine aktuelle oder die entlang einer gewählten Fahrtroute mittels des Datendienstes 7 prognostizierte Witterung sein, wobei die Windrichtung und/oder -stärke und/oder ein Luftdruck und/oder ein Niederschlag Berücksichtigung finden können. Der mindestens eine fahrzeugexterne Parameter kann alternativ oder ergänzend eine mittels eines Temperatursensors aktuell gemessene oder die entlang einer gewählten Fahrtroute mittels des Datendienstes 7 prognostizierte Umgebungstemperatur betreffen. Der mindestens eine fahrzeugexterne Parameter kann alternativ oder ergänzend auch die mittels des GPS-Sensors 6 erfasste Positionsdaten des Brennstoffzellenfahrzeugs betreffen. Alternativ oder ergänzend kann der mindestens eine fahrzeugexterne Parameter mittels des Datendienstes 7 ermittelte Daten zur aktuellen oder prognostizierten Verkehrslage betreffen. Das Brennstoffzellensystem 1, insbesondere das Brennstoffzellensteuergerät ist vorzugsweise elektrisch mit einer Kamera, insbesondere einer Frontkamera, des Kraftfahrzeugs verbunden. Aus diesem Grunde kann der mindestens eine fahrzeugexterne Parameter mittels einer optischen Erfassungseinrichtung, insbesondere in Form einer elektrisch mit dem Steuergerät verbundenen Kamera 29, erfasste Daten zur Beschaffenheit des Untergrunds des Brennstoffzellenfahrzeugs betreffen.
  • Insgesamt wird flüssiges Produktwasser also nur dann an die Umgebung abgegeben, wenn dies aufgrund der Umweltbedingungen zusammen mit der Produktwassertemperatur nicht zu einem nachteilhaften Ereignis wie Vereisung des Untergrunds, Überschwemmung des Untergrunds oder Belästigung anderer Verkehrsteilnehmer führt. Es ist die Möglichkeit vorhanden, dass der Nutzer des Brennstoffzellenfahrzeugs das flüssige Produktwasser durch Entsendung eines Ablass-Signals über die Ablassleitung 27 durch das Öffnen des Ablassventils 28 abgelassen wird.
  • Vorliegend ist dem Reservoir 21 eine Heizeinrichtung 30 zur Erwärmung des Produktwassers zugeordnet, wobei das flüssige Produktwasser im Reservoir 21 im Falle des Erreichens des Gefahrgrenzwertes zumindest teilweise mittels der Heizeinrichtung 30 von der flüssigen in die gasförmige Phase überführt wird. Anschließend wird nur das gasförmige Produktwasser an die Fahrzeugumgebung abgegeben, so dass durch das Verhindern des Ablassens von flüssigem Produktwasser keine nachteilhaften Ereignisse eintreten können.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug wird die Sicherheit aller Verkehrsteilnehmer erhöht.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoffzellensystem
    2
    Navigationssystem (Steuergerät)
    3
    Routenbestimmungseinrichtung
    4
    Datenempfangseinrichtung
    5
    Brennstoffzellenstapel
    6
    GPS-Sensor
    7
    Datendienst
    8
    Kommunikationsverbindung
    9
    Sensor
    10
    Speichereinheit
    11
    Wetterdaten
    12
    Positionsdaten
    13
    Verdichter
    14
    Ladeluftkühler
    15
    Befeuchter
    16
    Kathodenzufuhrleitung
    17
    Kathodenabgasleitung
    18
    Verdichterleitung
    19
    Abgasleitung
    20
    Abgasanlage
    21
    Reservoir
    22
    Anodenzufuhrleitung
    23
    Brennstoffstellglied
    24
    Anodenrezirkulationsleitung
    25
    Wärmetauscher
    26
    Brennstoffspeicher
    27
    Ablassleitung
    28
    Ablassventil
    29
    Kamera
    30
    Heizeinrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2006/0068240 A1 [0004]
    • JP 2008277315 A [0004]
    • US 2019/0221871 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenfahrzeugs, welches elektrisch mittels eines Brennstoffzellensystems (1) betrieben wird, das eine kathodenseitig angeschlossene Abgasanlage (20) aufweist, welche zur zeitweisen Speicherung von flüssigem und gasförmigen Produktwasser ein Reservoir (21) umfasst, das mit einer Ablassleitung (27) verbunden ist, in welcher ein verstellbares Ablassventil (28) eingebunden ist, und mit einem Steuergerät zur Ansteuerung des Ablassventils (28), um das im Reservoir (21) gespeicherte Produktwasser in Abhängigkeit von einer im Reservoir (21) vorliegenden Produktwassertemperatur sowie in Abhängigkeit mindestens eines fahrzeugexternen Parameters an die Fahrzeugumgebung abzugeben, umfassend die Schritte: - Sammeln von bei der Brennstoffzellenreaktion entstehendem Produktwasser im Reservoir (21) der Abgasanlage (20) bei geschlossenem Ablassventil (28), - Bereitstellen eines Werts für den mindestens einen fahrzeugexternen Parameter, - Prüfen des bereitgestellten Werts in Verbindung mit der im Reservoir (21) vorherrschenden Produktwassertemperatur und Ermitteln eines Grads der Gefahr, dass durch das Abgeben des Produktwassers ein für die Fahrzeugumgebung nachteilhaftes Ereignis eintritt, und - Abgeben des Produktwassers an die Fahrzeugumgebung durch Öffnen des Ablassventils (28), wenn beim Ermitteln des Grads der Gefahr ein Gefahrgrenzwert nicht erreicht wird, oder - Verhindern der Abgabe von flüssigen Produktwasser sonst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine fahrzeugexterne Parameter die aktuelle oder die entlang einer gewählten Fahrtroute mittels eines Datendienstes (7) prognostizierte Witterung ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine fahrzeugexterne Parameter die mittels eines Temperatursensors aktuell gemessene oder die entlang einer gewählten Fahrtroute mittels eines Datendienstes (7) prognostizierte Umgebungstemperatur betrifft.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine fahrzeugexterne Parameter mittels eines GPS-Sensors (6) erfasste Positionsdaten (12) des Brennstoffzellenfahrzeugs betrifft.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine fahrzeugexterne Parameter mittels eines Datendienstes (7) ermittelte Daten zur aktuellen oder prognostizierten Verkehrslage betrifft.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine fahrzeugexterne Parameter mittels einer optischen Erfassungseinrichtung erfasste Daten zur Beschaffenheit des Untergrunds des Brennstoffzellenfahrzeugs betrifft.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reservoir (21) ein Füllstandsensor zugeordnet ist, und dass das Produktwasser aus dem Reservoir (21) bei Erreichen eines Grenzfüllstands abgelassen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Produktwasser in einem Zeitpunkt eines geringen Grads an Gefahr auch dann wiederkehrend abgelassen wird, wenn der Füllstand noch nicht einen Grenzfüllstand des Reservoirs (21) erreicht hat.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reservoir (21) eine Heizeinrichtung (30) zur Erwärmung des Produktwassers zugeordnet ist, dass das flüssige Produktwasser im Reservoir (21) im Falle des Erreichens des Gefahrgrenzwertes zumindest teilweise mittels der Heizeinrichtung (30) von der flüssigen in die gasförmige Phase überführt wird, und dass das gasförmige Produktwasser an die Fahrzeugumgebung abgegeben wird.
  10. Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem (1), das ein zur Durchführung eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgelegtes Steuergerät umfasst.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060068240A1 (en) 2004-09-28 2006-03-30 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system
JP2008277315A (ja) 2008-08-22 2008-11-13 Casio Comput Co Ltd 電子機器
DE102014118826A1 (de) * 2014-12-17 2016-06-23 Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Einrichtung mit einer Brennstoffzelle und Verwendung von Produktwasser einer Brennstoffzelle
DE102017218609A1 (de) * 2016-12-05 2018-06-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Entleeren eines Wasserbehälters von einem Brennstoffzellenfahrzeug
DE102017218613A1 (de) * 2016-12-05 2018-06-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Entleeren eines Wasserbehälters von einem Brennstoffzellenfahrzeug
US20190221871A1 (en) 2018-01-16 2019-07-18 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Operating fuel cell vehicles during inclination events

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060068240A1 (en) 2004-09-28 2006-03-30 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system
JP2008277315A (ja) 2008-08-22 2008-11-13 Casio Comput Co Ltd 電子機器
DE102014118826A1 (de) * 2014-12-17 2016-06-23 Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Einrichtung mit einer Brennstoffzelle und Verwendung von Produktwasser einer Brennstoffzelle
DE102017218609A1 (de) * 2016-12-05 2018-06-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Entleeren eines Wasserbehälters von einem Brennstoffzellenfahrzeug
DE102017218613A1 (de) * 2016-12-05 2018-06-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Entleeren eines Wasserbehälters von einem Brennstoffzellenfahrzeug
US20190221871A1 (en) 2018-01-16 2019-07-18 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Operating fuel cell vehicles during inclination events

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