DE102020119097A1 - System und Verfahren zum reversiblen Betreiben eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug - Google Patents

System und Verfahren zum reversiblen Betreiben eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum reversiblen Betrieb eines Brennstoffzellensystems (12) in einem Fahrzeug (F) miteinem Brennstoffzellensystem (12), das dazu eingerichtet ist,in einem ersten Modus (Mod1) betrieben zu werden, in dem Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser umgewandelt und daraus elektrische Energie erzeugt wird, undin einem zweiten Modus (Mod2) betrieben zu werden, in dem Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird; undeinem Wasserspeicher (14), der mit dem Brennstoffzellensystem (12) verbunden ist,wobei die Vorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, in dem ersten Modus (Mod1) durch das Brennstoffzellensystem (12) umgewandeltes flüssiges Wasser in dem Wasserspeicher (14) zu speichern, undin dem zweiten Modus (Mod2) das in dem Wasserspeicher (14) gespeicherte flüssige Wasser dem Brennstoffzellensystem (12) bereit-zustellen. Dabei ist vorgesehen, dass die Vorrichtung (10) ferner dazu eingerichtet ist, eine in dem Wasserspeicher (14) vorhandene Menge an flüssigen Wasser zu erfassen und den zweiten Modus (Mod2) in Abhängigkeit von der erfassten Menge an flüssigen Wasser zu aktivieren oder zu deaktivieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum reversiblen Betrieb eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem, das dazu eingerichtet ist, in einem ersten Modus betrieben zu werden, in dem Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser umgewandelt und daraus elektrische Energie erzeugt wird, und in einem zweiten Modus betrieben zu werden, in dem Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird; und einem Wasserspeicher, der mit dem Brennstoffzellensystem verbunden ist, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, in dem ersten Modus durch das Brennstoffzellensystem umgewandeltes flüssiges Wasser in dem Wasserspeicher zu speichern, und in dem zweiten Modus das in dem Wasserspeicher gespeicherte flüssige Wasser dem Brennstoffzellensystem bereitzustellen.
  • Aus der Druckschrift EP 1 333 518 A1 ist ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle zur Erzeugung von elektrischem Strom bekannt.
  • Aus der Druckschrift CN 1 06 784 960 A ist ein reversibles Brennstoffzellensystem bekannt, in welchem Wasserstoff aus Wasser erzeugt wird.
  • Aus der Druckschrift JP 2009 - 71 959 A ist ein reversibles Brennstoffzellensystem in Verbindung mit einer Stromversorgungsanlage bekannt, das durch natürlich gewonnene elektrische Energie Wasserstoff aus Wasser erzeugt.
  • Nach aktuellem Stand der Technik werden Brennstoffzellen in Fahrzeugen nur in eine Richtung, d.h. nicht reversibel betrieben. Hierbei nutzen die Brennstoffzellen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs wie beispielsweise Wasserstoff mit Sauerstoff zu flüssigem Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen.
  • Häufig ist flüssiges Wasser verfügbar und könnte unter Bereitstellung von elektrischer Energie in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden. Die elektrische Energie, die hierfür nötig ist, wird beispielsweise während eines Ladevorgangs eines Fahrzeugs oder während einer Rekuperationsphase erzeugt. Der so gewonnene zusätzliche Wasserstoff könnte gespeichert und im regulären Betrieb eines Fahrzeugs verbraucht werden. Wird diese Energie nicht genutzt, ergeben sich Nachteile hinsichtlich des Wasserstoffverbrauchs, d.h. häufigeres Tanken ist erforderlich. Ebenso ist die Reichweite des Fahrzeugs zusätzlich eingeschränkt.
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine effiziente Wasserstoffproduktion durch ein reversibel betreibbares Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum reversiblen Betrieb eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Vorgeschlagen wird also eine Vorrichtung zum reversiblen Betrieb eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem, das dazu eingerichtet ist, in einem ersten Modus betrieben zu werden, in dem Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser umgewandelt und daraus elektrische Energie erzeugt wird, und in einem zweiten Modus betrieben zu werden, in dem Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird; und einem Wasserspeicher, der mit dem Brennstoffzellensystem verbunden ist, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, in dem ersten Modus durch das Brennstoffzellensystem umgewandeltes flüssiges Wasser in dem Wasserspeicher zu speichern, und in dem zweiten Modus das in dem Wasserspeicher gespeicherte flüssige Wasser dem Brennstoffzellensystem bereitzustellen. Dabei ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ferner dazu eingerichtet ist, eine in dem Wasserspeicher vorhandene Menge an flüssigen Wasser zu erfassen und den zweiten Modus in Abhängigkeit von der erfassten Menge an flüssigen Wasser zu aktivieren oder zu deaktivieren.
  • Der in dem zweiten Modus erzeugte Wasserstoff kann beispielsweise während eines regulären Betriebs des Fahrzeugs bereitgestellt werden, wodurch sich die Reichweite des Fahrzeugs erweitert, oder/und häufiges Tanken vermieden wird. Durch die Aktivierung/Deaktivierung des zweiten Modus in Abhängigkeit von der erfassten Menge an flüssigen Wasser wird sichergestellt, dass keine Unterversorgung an flüssigen Wasser in dem Fahrzeug entsteht.
  • In diesem Zusammenhang kann die Vorrichtung den Betrieb des Brennstoffzellensystems im zweiten Modus stoppen, wenn die erfasste Menge an flüssigen Wasser unterhalb einer festgelegten Grenzwassermenge ist.
  • Die Vorrichtung kann ferner ein mit dem Brennstoffzellensystem verbundenes Batteriesystem aufweisen, das dazu eingerichtet ist, einem Elektromotor des Fahrzeugs elektrische Energie bereitzustellen oder elektrische Energie zu speichern. Beispielsweise kann das Batteriesystem während einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs in dem ersten Modus dem Elektromotor elektrische Energie bereitstellen, um eine entsprechende Leistungsanforderung zu erfüllen.
  • Ferner kann der zweite Modus in einer Ladephase des Fahrzeugs oder einer Rekuperationsphase des Fahrzeugs aktivierbar sein. Beispielsweise ist es möglich, den zweiten Modus zu aktivieren, wenn eine maximale Leistung des Batteriesystems geringer als die der Rekuperation ist, um so vorhandene Energieressourcen effizient auszunutzen.
  • In dem ersten Modus kann die durch das Brennstoffzellensystem erzeugte elektrische Energie dem Batteriesystem zur Speicherung bereitgestellt werden. In dem zweiten Modus kann eine während der Ladephase des Fahrzeugs oder der Rekuperationsphase des Fahrzeugs erzeugte elektrische Energie für die Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff dem Brennstoffzellensystem bereitgestellt werden. Hierbei kann die durch den Lade- bzw. Rekuperationsvorgang erzeugte „überschüssige“ Energie verwendet werden, um aus gespeicherten flüssigen Wasser Wasserstoff zu erzeugen. Es ist keine zusätzliche Energie eines Batteriesystems des Fahrzeugs nötig. Ferner können Energieverluste durch Nichtnutzung dieser Energie vermieden werden.
  • Die Vorrichtung kann ferner einen mit dem Brennstoffzellensystem verbundenen Wasserstoffspeicher aufweisen, der dazu eingerichtet ist, dem Brennstoffzellensystem im ersten Modus Wasserstoff bereitzustellen, und in dem zweiten Modus den von dem Brennstoffzellensystem erzeugten Wasserstoff zu speichern.
  • Die Vorrichtung kann ferner einen Sensor aufweisen, der dazu eingerichtet ist, die Menge des flüssigen Wassers im Wasserspeicher zu erfassen. Beispielsweise kann ein Füllstandssensor verwendet werden, der mittels mechanischen, elektrischen, oder/und ähnlichen Messverfahren die Menge an flüssigen Wasser im Wasserspeicher erfasst.
  • Die Vorrichtung kann ferner eine Zuführeinrichtung, insbesondere eine Pumpe oder ein Ventil, aufweisen, die dazu eingerichtet ist, dem Brennstoffzellensystem das im Wasserspeicher gespeicherte flüssige Wasser zuzuführen.
  • Die Vorrichtung kann ferner eine Steuerungseinheit aufweisen, die dazu eingerichtet ist, das Brennstoffzellensystem in dem ersten Modus oder in dem zweiten Modus zu steuern. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit eine Kältemittelpumpe in dem ersten Modus und dem zweiten Modus so steuern, dass eine durch die Wasserstoffumwandlung und Wasserstofferzeugung entstehende Wärme für eine Temperierung eines Innenraums des Fahrzeugs genutzt werden kann.
  • Die Steuerungseinheit kann ferner dazu eingerichtet sein, eine Lastpunktverschiebung entsprechend eines Verhältnisses aus angeforderter elektrischer Energie und Wärme in dem ersten Modus und in dem zweiten Modus zu steuern. Dies kann beispielsweise über eine Einstellung des Wasserstoffdrucks und der Luftzufuhr in dem Brennstoffzellensystem durch die Steuerungseinheit realisiert werden.
  • Die obige Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum reversiblen Betrieb eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug, umfassend die Schritte:
    • Bestimmen eines aktuellen Betriebszustands des Fahrzeugs, wobei, in Abhängigkeit von dem bestimmten aktuellen Betriebszustand, das Brennstoffzellensystem in einem ersten Modus betreibbar ist, oder in einem von dem ersten Modus unterschiedlichen zweiten Modus betreibbar ist, wobei das Verfahren ferner die Schritte umfasst:
      • in dem ersten Modus, Umwandeln von Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen; und
      • Speichern des umgewandelten, insbesondere flüssigen Wassers; und
      • in dem zweiten Modus, Erfassen einer vorhandenen Menge an gespeichertem flüssigem Wasser;
      • Bereitstellen von dem gespeicherten flüssigen Wasser; und
      • Zerlegen von dem gespeicherten flüssigen Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, wobei der zweite Modus in Abhängigkeit von der erfassten Menge an gespeicherten flüssigen Wasser aktiviert oder deaktiviert wird.
  • Das Brennstoffzellensystem des Fahrzeugs ist reversibel betreibbar, wobei in dem zweiten Modus Wasserstoff aus flüssigen Wasser erzeugt und während eines regulären Betriebs des Fahrzeugs bereitgestellt werden kann. Da der zweite Modus abhängig von der erfassten Menge an flüssigen Wasser aktiviert oder deaktiviert wird, wird eine Unterversorgung des Fahrzeugs mit flüssigem Wasser vermieden.
  • Der Betrieb des Brennstoffzellensystems kann daher im zweiten Modus gestoppt werden, wenn die erfasste Menge an gespeicherten flüssigen Wasser unterhalb einer festgelegten Grenzwassermenge ist.
  • Der aktuelle Betriebszustand des Fahrzeugs kann hierbei einen regulären Fahrbetrieb des Fahrzeugs, eine Ladephase des Fahrzeugs, oder eine Rekuperationsphase des Fahrzeugs umfassen.
  • Der zweite Modus kann ferner in der Ladephase des Fahrzeugs oder der Rekuperationsphase des Fahrzeugs aktiviert werden.
  • In dem ersten Modus kann Wasserstoff für das Brennstoffzellensystem durch ein mit dem Brennstoffzellensystem verbundenen Wasserstoffspeicher bereitgestellt werden. In dem zweiten Modus, kann der durch das Brennstoffzellensystem erzeugte Wasserstoff durch den Wasserstoffspeicher gespeichert werden.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:
    • 1 eine vereinfachte und schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum reversiblen Betrieb eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug;
    • 2 eine vereinfachte und schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform einer Steuerungseinheit und eines Brennstoffzellensystems der Vorrichtung;
    • 3 ein Ablaufplan einer Ausführungsform eines Verfahrens zum reversiblen Betrieb eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug.
  • In 1 ist eine vereinfachte und schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zum reversiblen Betrieb eines Brennstoffzellensystems 12 in einem Fahrzeugs F dargestellt. Die Vorrichtung 10 weist ein Brennstoffzellensystem 12 und ein mit dem Brennstoffzellensystem verbundenen Wasserspeicher 14 auf. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist das Brennstoffzellensystem 12 und der Wasserspeicher 14 in einem vorderen Teil des Fahrzuges F angeordnet. Dies ist jedoch nicht einschränkend und verschiede Anordnungen sind möglich.
  • Das Brennstoffzellensystem 12 kann aus einer oder mehreren Brennstoffzellen gebildet werden, die Wasserstoff mit Sauerstoff zu flüssigem Wasser umwandeln. Als Kernkomponente enthalten Brennstoffzellen eine sogenannte Membran-Elektroden Anordnung (MEA), die aus einer ionenleitenden Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten katalytischen Elektrode (Anode und Kathode) gebildet wird. In der Regel besteht eine Brennstoffzelle aus einer Vielzahl im Stapel angeordneten MEAs.
  • Das in 1 gezeigte Brennstoffzellensystem 12 ist in einem ersten Modus Mod1 betreibbar, in dem Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser umgewandelt und daraus elektrische Energie erzeugt wird. Der erste Modus Mod1 entspricht einem regulären Fahrbetrieb des Fahrzeugs F. Die erzeugte elektrische Energie kann einem Elektromotor 19 des Fahrzeugs F bereitgestellt und zur Umwandlung in Bewegungsenergie genutzt werden. In einem weiteren Beispiel kann sie auch in einem Batteriesystem 18 des Fahrzeugs F zwischengespeichert werden. Dies wird mit Bezug auf 2 später noch im Detail beschrieben. Das Brennstoffzellensystem 12 ist auch in einem zweiten Modus Mod2 betreibbar, in dem Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. Der so erzeugte „zusätzliche“ Wasserstoff wird gespeichert und während des regulären Fahrbetriebs des Fahrzeugs F bereitgestellt. Es muss daher nicht ständig neuer Wasserstoff nachgetankt werden. Ferner wird hierdurch die Reichweite des Fahrzeugs F vergrößert.
  • Der Wasserspeicher 14 kann über eine später beschriebene Zuführvorrichtung 17 mit dem Brennstoffzellensystem 12 verbunden sein. Das Fassungsvermögen des Wasserspeichers 14 kann beispielsweise bis zu einem Liter aufweisen. Weitere Ausgestaltungen für den Wasserspeicher 14 sind möglich und das hier beschriebene Beispiel ist nicht einschränkend. In dem ersten Modus Mod1 wird durch das Brennstoffzellensystem 12 umgewandeltes flüssiges Wasser in dem Wasserspeicher 14 gespeichert. In dem zweiten Modus Mod2 wird das in dem Wasserspeicher 14 gespeicherte flüssige Wasser dem Brennstoffzellensystem 12 bereitgestellt.
  • Ferner wird eine in dem Wasserspeicher 14 vorhandene Menge an flüssigen Wasser erfasst und der zweite Modus Mod2 in Abhängigkeit von der erfassten Menge an flüssigen Wasser aktiviert oder deaktiviert. Hierdurch wird sichergestellt, dass keine Unterversorgung an flüssigen Wasser in dem Fahrzeug F entsteht. Beispielsweise kann die erfasste Menge an flüssigen Wasser entsprechend den Anforderungen des Brennstoffzellensystems 12 eingestellt oder dosiert werden.
  • Wenn die erfasste Menge an flüssigen Wasser unterhalb einer festgelegten Grenzwassermenge ist, kann der Betrieb des Brennstoffzellensystems 12 im zweiten Modus Mod2 gestoppt werden. Diese Grenzwassermenge wird entsprechend den Anforderungen an die Vorrichtung 10 festgelegt und kann verschiedene Werte umfassen.
  • Die Vorrichtung 10 kann ferner ein mit dem Brennstoffzellensystem 18 verbundenes Batteriesystem 18 aufweisen, das dem Elektromotor 19 des Fahrzeugs F elektrische Energie bereitstellt oder die elektrische Energie speichert. Das Batteriesystem 18 ist in dem in 1 gezeigten Beispiel am Fahrzeugboden angeordnet. Ebenso kann es auch in einem anderen Teil des Fahrzeugs F angeordnet werden. Das Batteriesystem 18 umfasst ferner eine Batterie (nicht in 1 gezeigt), und ist mit einer Ladedose LD verbunden. Über die Ladedose LD kann das Fahrzeug an einer Ladestation angeschlossen werden, um so die Batterie aufzuladen.
  • Ferner kann der zweite Modus Mod2 während einer Ladephase oder einer Rekuperationsphase des Fahrzeugs F aktiviert werden.
  • In diesem Zusammenhang kann eine während der Ladephase des Fahrzeugs F oder der Rekuperationsphase des Fahrzeugs F erzeugte elektrische Energie in dem zweiten Modus Mod2 für die Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff dem Brennstoffzellensystem 12 bereitgestellt werden. Hierdurch wird die zusätzliche Energie, die während der Ladephase oder der Rekuperationsphase erzeugt wird, effizient genutzt um zusätzlichen Wasserstoff zu erzeugen. Ferner kann die in dem ersten Modus Mod1 durch das Brennstoffzellensystem 12 erzeugte elektrische Energie dem Batteriesystem 18 zur Speicherung bereitgestellt werden.
  • Die Vorrichtung 10 kann ferner einen mit dem Brennstoffzellensystem 12 verbundenen Wasserstoffspeicher 16 aufweisen, der dem Brennstoffzellensystem 12 im ersten Modus Mod1 Wasserstoff bereitstellt, und in dem zweiten Modus Mod2 den von dem Brennstoffzellensystem 12 erzeugten Wasserstoff speichert. Der Wasserstoffspeicher 16 ist in 1 in einem hinteren Teil des Fahrzeugs F angeordnet. Weitere Anordnungen sind möglich.
  • Die Vorrichtung kann auch einen Sensor 15 aufweisen, der die Menge an flüssigen Wasser im Wasserspeicher 14 erfasst. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist der Sensor 15 außerhalb des Wasserspeichers 14 angeordnet. Dies ist jedoch nicht einschränkend. Ebenso kann der Sensor 15 auch in dem Wasserspeicher 14 angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann der Sensor 15 als ein Füllstandssensor ausgebildet sein, der beispielsweise mittels hydrostatischer Füllstandsmessung die Menge an flüssigen Wasser in dem Wasserspeicher 14 misst.
  • Die Vorrichtung 10 kann, wie oben beschrieben, die Zuführeinrichtung 17 aufweisen, insbesondere eine Pumpe oder ein Ventil, die dem Brennstoffzellensystem 12 das im Wasserspeicher 14 gespeicherte flüssige Wasser zuführt. Die Zuführeinrichtung 17 ist zwischen dem Brennstoffzellensystem 12 und dem Wasserspeicher 14 angeordnet, wie in 1 illustriert. Beispielsweise kann über das Ventil mittels Schwerkraft das gespeicherte flüssige Wasser in das Brennstoffzellensystem 12 zurück geführt werden.
  • Die Vorrichtung 10 kann eine Steuerungseinheit 11 aufweisen, die das Brennstoffzellensystem 12 in dem ersten Modus Mod1 oder dem zweiten Modus Mod2 steuert. In 2 ist eine vereinfachte schematische Prinzipdarstellung der Steuereinheit 11 und des Brennstoffzellensystems 12 in funktionalen Zusammenhang gezeigt. Die Steuerungseinheit 11 kann die von dem Sensor 15 erfasste Menge an flüssigen Wasser kontinuierlich anfragen, was vereinfacht durch den Doppelpfeil in 2 illustriert ist. Tritt das Fahrzeug F in die Ladephase oder Rekuperationsphase ein, kann die Steuerungseinheit 11 den zweiten Modus Mod2 aktivieren, wenn die erfasste Menge an flüssigen Wasser in dem Wasserspeicher 14 über der festgelegten Grenzwassermenge ist. Der in dem zweiten Modus Mod2 durch das Brennstoffzellensystem 12 erzeugte Wasserstoff kann dem Wasserstoffspeicher 16 bereitgestellt werden, was in 2 ebenfalls vereinfacht durch den entsprechenden Pfeil dargestellt ist. Ist bzw. fällt die Menge an flüssigen Wasser unterhalb der festgelegten Grenzwassermenge, kann die Steuerungseinheit 11 den zweiten Modus Mod2 nicht aktivieren bzw. deaktivieren. Geht das Fahrzeug F in den normalen Betrieb über, dann steuert die Steuerungseinheit 11 das Brennstoffzellensystem 12 gemäß dem ersten Modus Mod1, wobei die durch das Brennstoffzellensystem 12 erzeugte elektrische Energie dem Batteriesystem bereitstellt werden kann, was auch vereinfacht durch den Pfeil dargestellt ist. In einer weiteren Ausführungsform (nicht in 2 gezeigt) kann das Brennstoffzellensystem 12 die erzeugte elektrische Energie auch direkt dem Elektromotor 19 des Fahrzeugs F bereitstellen.
  • Die Steuerungseinheit 11 kann ferner eine Lastpunktverschiebung entsprechend eines Verhältnisses aus angeforderter elektrischer Energie und Wärme in dem ersten Modus Mod1 und in dem zweiten Modus Mod2 steuern. Hierbei regelt die Steuerungseinheit 11 den Wasserstoffdruck und die Luftzufuhr in dem Brennstoffzellensystem entsprechend.
  • In 3 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens 100 zum reversiblen Betrieb eines Brennstoffzellensystems 12 in einem Fahrzeug F dargestellt.
  • In Schritt S110 wird ein aktueller Betriebszustand eines Fahrzeugs F bestimmt. Hierbei ist das Brennstoffzellensystem 12, in Abhängigkeit von dem bestimmten aktuellen Betriebszustand, in einem ersten Modus Mod1 betreibbar, oder in einem von dem ersten Modus Mod1 unterschiedlichen zweiten Modus Mod2 betreibbar.
  • Befindet sich das Fahrzeug F in einem normalen Betrieb, dann werden in dem ersten Modus Mod1 folgenden Schritte ausgeführt.
  • In Schritt S120 wird Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser durch das Brennstoffzellensystem 12 umgewandelt.
  • In Schritt S160 wird das umgewandelte, insbesondere flüssige Wasser durch den Wasserspeicher 14 gespeichert. Anschließend geht das Verfahren 100 wieder zu Schritt S110 zurück.
  • Befindet sich das Fahrzeug F in der Ladephase oder der Rekuperationsphase, dann werden in dem zweiten Modus Mod2 diese folgenden Schritte ausgeführt.
  • In Schritt S130 wird eine in dem Wasserspeicher 14 vorhandene Menge an gespeichertem flüssigem Wasser erfasst.
  • In Schritt S150 wird durch den Wasserspeicher 14 dem Brennstoffzellensystem 12 gespeichertes flüssiges Wasser bereitgestellt.
  • In Schritt S170 wird das gespeicherte flüssige Wasser durch das Brennstoffzellensystem 12 in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Danach kehrt das Verfahren 100 wieder zu Schritt S110 zurück.
  • Dabei wird der zweite Modus Mod2 in Abhängigkeit von der erfassten Menge an gespeicherten flüssigen Wasser aktiviert oder deaktiviert. Dies ermöglicht es eine Unterversorgung an flüssigen Wasser zu vermeiden.
  • Ferner kann der Betrieb des Brennstoffzellensystems 12 in dem zweiten Modus Mod2 in Schritt S190 gestoppt werden, wenn die erfasste Menge an gespeicherten flüssigen Wasser unterhalb einer festgelegten Grenzwassermenge ist.
  • Der aktuelle Betriebszustand kann dabei einen normalen Betrieb, eine Ladephase oder eine Rekuperationsphase des Fahrzeugs F umfassen. Beispielsweise kann anhand der Lastanforderung auf das Batteriesystem 11 durch die oben beschriebene Vorrichtung 10 bestimmt werden in welchem Betriebszustand sich das Fahrzeug F befindet.
  • Der zweite Modus Mod2 kann in der Ladephase des Fahrzeugs F oder der Rekuperationsphase des Fahrzeugs F aktiviert werden.
  • In dem ersten Modus Mod1 kann in Schritt S140 Wasserstoff für das Brennstoffzellensystem 12 durch dem mit dem Brennstoffzellensystem 12 verbundenen Wasserstoffspeicher 16 bereitgestellt werden. In dem zweiten Modus Mod2 kann der durch das Brennstoffzellensystem 12 erzeugte Wasserstoff durch den Wasserstoffspeicher 16 gespeichert werden.
  • 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
    • EP 1333518 A1 [0002]
    • CN 106784960 A [0003]
    • JP 2009071959 A [0004]

Claims (15)

  1. Vorrichtung (10) zum reversiblen Betrieb eines Brennstoffzellensystems (12) in einem Fahrzeug (F) mit einem Brennstoffzellensystem (12), das dazu eingerichtet ist, in einem ersten Modus (Mod1) betrieben zu werden, in dem Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser umgewandelt und daraus elektrische Energie erzeugt wird, und in einem zweiten Modus (Mod2) betrieben zu werden, in dem Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird; und einem Wasserspeicher (14), der mit dem Brennstoffzellensystem (12) verbunden ist, wobei die Vorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, in dem ersten Modus (Mod1) durch das Brennstoffzellensystem (12) umgewandeltes flüssiges Wasser in dem Wasserspeicher (14) zu speichern, und in dem zweiten Modus (Mod2) das in dem Wasserspeicher (14) gespeicherte flüssige Wasser dem Brennstoffzellensystem (12) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) ferner dazu eingerichtet ist, eine in dem Wasserspeicher (14) vorhandene Menge an flüssigen Wasser zu erfassen und den zweiten Modus (Mod2) in Abhängigkeit von der erfassten Menge an flüssigen Wasser zu aktivieren oder zu deaktivieren.
  2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie den Betrieb des Brennstoffzellensystems (12) im zweiten Modus (Mod2) stoppt, wenn die erfasste Menge an flüssigen Wasser unterhalb einer festgelegten Grenzwassermenge ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner ein mit dem Brennstoffzellensystem (12) verbundenes Batteriesystem (18) aufweist, das dazu eingerichtet ist, einem Elektromotor (19) des Fahrzeugs (F) elektrische Energie bereitzustellen oder elektrische Energie zu speichern.
  4. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Modus (Mod2) in einer Ladephase des Fahrzeugs (F) oder einer Rekuperationsphase des Fahrzeugs (F) aktivierbar ist.
  5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu eingerichtet ist, in dem ersten Modus (Mod1), die durch das Brennstoffzellensystem (12) erzeugte elektrische Energie dem Batteriesystem (18) zur Speicherung bereitzustellen, und in dem zweiten Modus (Mod2), eine während der Ladephase des Fahrzeugs (F) oder der Rekuperationsphase des Fahrzeugs (F) erzeugte elektrische Energie für die Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff dem Brennstoffzellensystem (12) bereitzustellen.
  6. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen mit dem Brennstoffzellensystem (12) verbundenen Wasserstoffspeicher (16) aufweist, der dazu eingerichtet ist, dem Brennstoffzellensystem (12) im ersten Modus (Mod1) Wasserstoff bereitzustellen, und in dem zweiten Modus (Mod2) den von dem Brennstoffzellensystem (12) erzeugten Wasserstoff zu speichern.
  7. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Sensor (15) aufweist, der dazu eingerichtet ist, die Menge des flüssigen Wassers im Wasserspeicher (14) zu erfassen.
  8. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Zuführeinrichtung (17), insbesondere eine Pumpe oder ein Ventil, aufweist, die dazu eingerichtet ist, dem Brennstoffzellensystem (12) das im Wasserspeicher (14) gespeicherte flüssige Wasser zuzuführen.
  9. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Steuerungseinheit (11) aufweist, die dazu eingerichtet ist, das Brennstoffzellensystem (12) in dem ersten Modus (Mod1) oder dem zweiten Modus (Mod2) zu steuern.
  10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (11) ferner dazu eingerichtet ist, eine Lastpunktverschiebung entsprechend eines Verhältnisses aus angeforderter elektrischer Energie und Wärme in dem ersten Modus (Mod1) und in dem zweiten Modus (Mod2) zu steuern.
  11. Verfahren (100) zum reversiblen Betrieb eines Brennstoffzellensystems (12) in einem Fahrzeug (F), umfassend die Schritte: Bestimmen (S110) eines aktuellen Betriebszustands des Fahrzeugs (F), wobei, in Abhängigkeit von dem bestimmten aktuellen Betriebszustand, das Brennstoffzellensystem (12) in einem ersten Modus (Mod1) betreibbar ist, oder in einem von dem ersten Modus (Mod1) unterschiedlichen zweiten Modus (Mod2) betreibbar ist, wobei das Verfahren ferner die Schritte umfasst: in dem ersten Modus (Mod1), Umwandeln (S120) von Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen; und Speichern (S160) des umgewandelten, insbesondere flüssigen Wassers; und in dem zweiten Modus (Mod2), Erfassen (S130) einer vorhandenen Menge an gespeichertem flüssigem Wasser; Bereitstellen (S150) von dem gespeicherten flüssigen Wasser; und Zerlegen (S170) von dem gespeicherten flüssigen Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, wobei der zweite Modus (Mod2) in Abhängigkeit von der erfassten Menge an gespeicherten flüssigen Wasser aktiviert oder deaktiviert wird.
  12. Verfahren (100) nach Anspruch 11, wobei der Betrieb im zweiten Modus (Mod2) gestoppt wird, wenn die erfasste Menge an gespeicherten flüssigen Wasser unterhalb einer festgelegten Grenzwassermenge ist.
  13. Verfahren (100) nach Anspruch 11 oder 12, wobei der aktuelle Betriebszustand des Fahrzeugs (F) einen regulären Fahrbetrieb des Fahrzeugs (F), eine Ladephase des Fahrzeugs (F), oder eine Rekuperationsphase des Fahrzeugs (F) umfasst.
  14. Verfahren (100) nach Anspruch 13, wobei der zweite Modus (Mod2) in der Ladephase des Fahrzeugs (F) oder der Rekuperationsphase des Fahrzeugs (F) aktivierbar ist.
  15. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend, in dem ersten Modus (Mod1), Bereitstellen (S120) von Wasserstoff, und in dem zweiten Modus (Mod2), Speichern (S170) des erzeugten Wasserstoffs.
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