DE102020125212A1 - System und Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffzellenwandlers in einem Fahrzeug - Google Patents

System und Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffzellenwandlers in einem Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (10) zur Steuerung eines Brennstoffzellenwandlers (16) in einem Fahrzeug, aufweisend:wenigstens ein Hochvolt-Batteriezellensystem (12), das dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu speichern und bereitzustellen;wenigstens ein Brennstoffzellensystem (14), das dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu erzeugen;einen Brennstoffzellenwandler (16), der dazu eingerichtet ist, die durch das wenigstens eine Brennstoffzellensystem (14) erzeugte elektrische Energie dem wenigstens einem Hochvolt-Batteriezellensystem (12) oder/und wenigstens einem elektrischen Verbraucher (15, 17) des Fahrzeugs bereitzustellen; undeine Steuerungseinheit (18), die dazu eingerichtet ist, den Brennstoffzellenwandler (16) zu steuern. Dabei ist vorgesehen, dass die Steuerungseinheit (18) ferner dazu eingerichtet ist, den Brennstoffzellenwandler (16) bei einer Belastung des Systems (10) in Abhängigkeit von einem ersten Belastungsindikator (Bln1) und wenigstens einem weiteren Belastungsindikator (BIn2) zu steuern.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zur Steuerung eines Brennstoffzellenwandlers in einem Fahrzeug, aufweisend: wenigstens ein Hochvolt-Batteriezellensystem, das dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu speichern und bereitzustellen; wenigstens ein Brennstoffzellensystem, das dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu erzeugen; einen Brennstoffzellenwandler, der dazu eingerichtet ist, die durch das wenigstens eine Brennstoffzellensystem erzeugte elektrische Energie dem wenigstens einen Hochvolt-Batteriezellensystem oder/und wenigstens einem elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs bereitzustellen; und eine Steuerungseinheit, die dazu eingerichtet ist, den Brennstoffzellenwandler zu steuern.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2015 117 240 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug bekannt, das Korrekturparameter zur Steuerung eines Stroms in dem Brennstoffzellensystem verwendet.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2017 109 410 A1 ist ein Brennstoffzellensystem mit einem Steuerverfahren bekannt, dass die Leistungserzeugung einer Brennstoffzelle und einer Batterie entsprechend einer vorherbestimmten Ausgabeleistungsbeschränkung der Batterie steuert.
  • Aus der Druckschrift WO 2009/108565 A2 ist ein System mit einem Ultrakondensator und ein Brennstoffzellensystem oder einer Batterie, sowie ein Verfahren für duales Energiespeichermanagement bekannt.
  • In einem Brennstoffzellenfahrzeug wird elektrische Energie durch ein Brennstoffzellensystem erzeugt und mittels eines Elektroantriebs in Bewegung umgewandelt oder in einem Hochvolt-Batteriezellensystem gespeichert. Während des Betriebs eines solchen Brennstoffzellenfahrzeugs können Fahrsituationen auftreten in denen der Elektroantrieb ein Antriebsmoment sehr schnell zurücknehmen muss (beispielsweise auf einer glatten Straße oder bei einer schnellen Fahrpedalrücknahme), um eine ausreichende Fahrstabilität zu gewährleisten. Diese sehr schnelle Rücknahme des Antriebsmoments führt zu einer sehr schnellen Rücknahme eines Stroms in einer dem Elektroantrieb zugeordneten Leistungselektronik.
  • Wenn ein entsprechender Brennstoffzellenwandler den Strom nicht genau so schnell herunterregelt, dann muss der Strom für eine kurze Zeit in dem Hochvolt-Batteriezellensystem zwischengespeichert werden. Je nachdem wie hoch der Strom bzw. die daraus folgende Spannung ist, entstehen negative Einflüsse auf die Dauerhaltbarkeit des Hochvolt-Batteriezellensystems.
  • Der Brennstoffzellenwandler ist an sich in der Lage den Strom schneller herunter zu regeln. Ein zu schnelle Herunterregelung führt aber zu einer Steigerung der Spannung in dem Brennstoffzellensystem. Mit anderen Worten, in dem Brennstoffzellensystem ablaufende chemische Reaktionen können nicht sofort unterbrochen werden, was wiederrum negative Einflüsse auf die Dauerhaltbarkeit des Brennstoffzellensystems hat.
  • Solche Strom- bzw. Spannungsüberschreitungen wirken sich daher auf das Hochvolt-Batteriezellensystem und auf das Brennstoffzellensystem aus. Die Anzahl bzw. die Stärke dieser Strom- bzw. Spannungsüberschreitungen in einem Lebenszyklus des jeweiligen Systems haben dabei einen direkten Einfluss auf das Alterungsverhalten der beiden Batteriezellen bzw. der Brennstoffzellen.
  • Im Allgemeinen ist eine Steuerung des Brennstoffzellenwandlers so ausgelegt, dass sie für alle Kunden vorgegebene Anforderungen an die Lebensdauer des Hochvolt-Batteriezellensystems und des Brennstoffzellensystems erfüllt. Da die vorgegebenen Anforderungen alle Anwendungsfälle abdecken, sind sie jedoch höher als notwendig, wodurch unnötige Kosten verursacht werden.
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine verbesserte Belastungsaufteilung zwischen einem Brennstoffzellensystem und einem Hochvolt-Batteriezellensystem in einem Fahrzeug bereitzustellen, so dass die Anforderungen an das jeweilige System reduziert und Kosten gespart werden können.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System zur Steuerung eines Brennstoffzellenwandlers 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 ein System zur Steuerung eines Brennstoffzellenwandlers in einem Fahrzeug, aufweisend: wenigstens ein Hochvolt-Batteriezellensystem, das dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu speichern und bereitzustellen; wenigstens ein Brennstoffzellensystem, das dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu erzeugen; einen Brennstoffzellenwandler, der dazu eingerichtet ist, die durch das wenigstens eine Brennstoffzellensystem erzeugte elektrische Energie dem wenigstens einen Hochvolt-Batteriezellensystem oder/und wenigstens einem elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs bereitzustellen; und eine Steuerungseinheit, die dazu eingerichtet ist, den Brennstoffzellenwandler zu steuern. Dabei ist vorgesehen, dass die Steuerungseinheit ferner dazu eingerichtet ist, den Brennstoffzellenwandler bei einer Belastung des Systems in Abhängigkeit von einem ersten Belastungsindikator und wenigstens einem weiteren Belastungsindikator zu steuern.
  • Durch die Steuerung des Brennstoffzellenwandlers in Abhängigkeit von dem ersten Belastungsindikator und dem weiteren Belastungsindikator wird eine ausgeglichene Belastaufteilung zwischen dem Brennstoffzellensystem und dem Hochvolt-Batteriezellensystem ermöglicht.
  • Insbesondere kann die Steuerungseinheit den ersten Belastungsindikator mit dem weiteren Belastungsindikator vergleichen, um auf Grundlage des Vergleichs den Brennstoffzellenwandler so zu steuern, dass eine Verlagerung der Belastung auf das Hochvolt-Batteriezellensystem oder auf das Brennstoffzellensystem veranlasst wird. Dies kann eine einseitige Belastung des Hochvolt-Batteriezellensystems oder des Brennstoffzellensystems verringern. Mit anderen Worten, durch die Verlagerung der Belastung kann ein vorzeitiges Altern des Hochvolt-Batteriezellensystems oder des Brennstoffzellensystems vermieden werden.
  • Hierbei kann der erste Belastungsindikator dem Hochvolt-Batteriezellensystem zugeordnete Zustandsinformationen und Belastungsinformationen aufweisen, und der weitere Belastungsindikator kann dem Brennstoffzellensystem zugeordnete Zustandsinformationen und Belastungsinformationen aufweisen.
  • Die dem Hochvolt-Batteriezellensystem zugeordneten Zustandsinformationen können Informationen über eine Temperatur, einen Widerstand oder/und einen Ladezustand des Hochvolt-Batteriezellensystems aufweisen. Die dem Brennstoffzellensystem zugeordneten Zustandsinformationen können Informationen über eine Temperatur, einen Druck, einen Brennstoffmengengehalt oder/und einen Brennstoffmengenverbrauch des Brennstoffzellensystems aufweisen. Durch die Zustandsinformationen wird ein aktueller Betriebszustand der jeweiligen Systeme wiedergegeben. Ferner geben die Zustandsinformationen die für die Alterung des jeweiligen Systems relevanten Eigenschaften an.
  • Ferner können die dem Hochvolt-Batteriezellensystem zugeordneten Belastungsinformationen und die dem Brennstoffzellensystem zugeordneten Belastungsinformationen Informationen von vergangenen Belastungen des Hochvolt-Batteriezellensystems und Informationen von vergangenen Belastungen des Brennstoffzellensystems, insbesondere Überbelastungen aufweisen. Die Belastungsinformationen geben somit einen zeitlichen Belastungsverlauf auf das jeweilige System an und können bei einer Aufteilung bzw. Verlagerung der Belastung mitberücksichtigt werden. Tritt zum Beispiel eine Belastung auf das Hochvolt-Batteriezellensystem auf, dann wird diese unter Berücksichtigung der jeweiligen Belastungen in der Vergangenheit entsprechend auf das Hochvolt-Batteriezellensystem und das Brennstoffzellensystem aufgeteilt. Ist beispielsweise das Hochvolt-Batteriezellensystem über einen Zeitraum von mehreren Jahren hinweg weniger belastet, kann eine Verlagerung der Belastung Richtung Hochvolt-Batteriezellensystem erfolgen, wobei das Brennstoffzellensystem entlastet wird. Der umgekehrte Fall ist ebenso möglich. Da in dem Fahrzeug vor allem das Hochvolt-Batteriezellensystem und das Brennstoffzellensystem die Lebensdauer des gesamten Elektroantriebs definieren, kann diese durch eine ausgeglichene Aufteilung bzw. Verlagerung der Belastung verlängert werden.
  • Hierbei können das Hochvolt-Batteriezellensystem und das Brennstoffzellensystem jeweils eine Informationserfassungseinheit aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die dem Hochvolt-Batteriezellensystem und die dem Brennstoffzellensystem jeweils zugeordneten Zustandsinformationen und Belastungsinformationen zu erfassen.
  • Insbesondere kann die Informationserfassungseinheit des Hochvolt-Batteriezellensystem und die Informationserfassungseinheit des Brennstoffzellensystems ferner jeweils einen Zähler aufweisen, der dazu eingerichtet ist, eine Anzahl an Strom bzw. Spannungs-Überbelastungen des jeweiligen Hochvolt-Batteriezellensystems und des jeweiligen Brennstoffzellensystems zu erfassen. Hierdurch kann die Anzahl an Überbelastungen in den jeweiligen Systemen verfolgt, und eine verbesserte Verlagerung der Belastung ermöglicht werden.
  • Das System kann ferner eine Verarbeitungseinheit aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die dem Hochvolt-Batteriezellensystem und die dem Brennstoffzellensystem zugeordneten erfassten Zustandsinformationen und Belastungsinformationen zu speichern und zu verarbeiten, um daraus den ersten Belastungsindikator und den weiteren Belastungsindikator zu erzeugen und der Steuerungseinheit bereitzustellen.
  • Der elektrische Verbrauer des Fahrzeugs kann, wie oben beschrieben, einen elektrischen Motor bzw. einen Elektroantrieb aufweisen.
  • Die obige Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffzellenwandlers in einem Fahrzeug, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
    • Speichern und Bereitstellen von elektrischer Energie durch wenigstens ein Hochvolt-Batteriezellensystem;
    • Erzeugen von elektrischer Energie durch wenigstens ein Brennstoffzellensystem; und
    • Steuern eines Brennstoffzellenwandlers durch eine Steuerungseinheit, um die erzeugte elektrische Energie dem wenigstens einen Hochvolt-Batteriezellensystem oder/und wenigstens einem elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs durch den Brennstoffzellenwandler bereitzustellen, wobei
      • der Brennstoffzellenwandler bei Belastung in Abhängigkeit von einem ersten Belastungsindikator und wenigstens einem weiteren Belastungsindikator durch die Steuerungseinheit gesteuert wird.
  • Durch die Steuerung des Brennstoffzellenwandlers in Abhängigkeit von dem ersten Belastungsindikators und dem weiteren Belastungsindikators wird eine ausgeglichene Belastungsaufteilung realisiert.
  • Hierbei kann das Verfahren einen Schritt zum Vergleichen des ersten Belastungsindikators mit dem weiteren Belastungsindikator durch die Steuerungseinheit, und einen Schritt zum Steuern des Brennstoffzellenwandlers auf Grundlage des Vergleichs umfassen, so dass eine Verlagerung der Belastung auf das Hochvolt-Batteriezellensystem oder auf das Brennstoffzellensystem veranlasst wird.
  • Der erste Belastungsindikator kann dem Hochvolt-Batteriezellensystem zugeordnete Zustandsinformationen und Belastungsinformationen aufweisen, und der weitere Belastungsindikator kann dem Brennstoffzellensystem zugeordnete Zustandsinformationen und Belastungsinformationen aufweisen.
  • Die dem Hochvolt-Batteriezellensystem zugeordneten Zustandsinformationen können Informationen über eine Temperatur, einen Widerstand oder/und einen Ladezustand des Hochvolt-Batteriezellensystems aufweisen. Die dem Brennstoffzellensystem zugeordneten Zustandsinformationen können Informationen über eine Temperatur, einen Druck, einen Brennstoffmengengehalt oder/und einen Brennstoffmengenverbrauch des Brennstoffzellensystems aufweisen.
  • Die dem Hochvolt-Batteriezellensystem zugeordneten Belastungsinformationen und die dem Brennstoffzellensystem zugeordneten Belastungsinformationen können jeweils Informationen von vergangenen Belastungen des Hochvolt-Batteriezellensystems und Informationen von vergangenen Belastungen des Brennstoffzellensystems, insbesondere Überbelastungen aufweisen.
  • Das Verfahren kann ferner einen Schritt zum Erfassen der dem Hochvolt-Batteriezellesystem und der dem Brennstoffzellensystem zugeordneten Zustandsinformationen und Belastungsinformationen durch eine Informationserfassungseinheit des Hochvolt-Batteriezellensystems und eine Informationserfassungseinheit des Brennstoffzellensystems umfassen, und einen Schritt zum Speichern und Verarbeiten der dem Hochvolt-Batteriezellesystem und der dem Brennstoffzellensystem zugeordneten erfassten Zustandsinformationen und Belastungsinformationen durch eine Verarbeitungseinheit, um den ersten Belastungsindikator und den weiteren Belastungsindikator zu erzeugen.
  • 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 eines Systems zur Steuerung eines Brennstoffzellenwandlers in einem Fahrzeug;
    • 2 eine vereinfachte und schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform des Systems;
    • 3 ein Ablaufplan einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Steuerung eines Brennstoffzellenwandlers in einem Fahrzeug.
  • In 1 ist eine vereinfachte und schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines Systems 10 zur Steuerung eines Brennstoffzellenwandlers 16 in einem Fahrzeug 50 dargestellt. Das System 10 weist wenigstens ein Hochvolt-Batteriezellensystem 12, wenigstens ein Brennstoffzellensystem 14, einen Brennstoffzellenwandler 16, wenigstens einen elektrischen Verbraucher 15, 17 und eine Steuerungseinheit 18 auf. In dem in 1 dargestellten Beispiel sind zwei elektrische Verbraucher 15, 17 gezeigt. Hierbei kann es sich um einen Elektroantrieb bzw. einen elektrischen Motor mit zugehöriger Leistungselektronik des Fahrzeugs oder/und um weitere Nebenaggregate des Fahrzeugs, wie eine Lichtmaschine, eine Bremse, eine Pumpe oder/und dergleichen handeln. Diese Beispiele sind jedoch nicht einschränkend und weitere elektrische Verbraucher 15, 17 des Fahrzeugs sind möglich.
  • Das Hochvolt-Batteriezellensystem 12 kann dabei aus einer oder mehreren Batteriezellen gebildet werden (nicht in 1 gezeigt), die elektrische Energie speichern und bereitstellen.
  • Das Brennstoffzellensystem 14 kann aus einer oder mehreren Brennstoffzellen gebildet werden (nicht in 1 gezeigt), die durch chemische Umsetzung eines Brennstoffs, zum Beispiel Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser, elektrische Energie erzeugen.
  • Der Brennstoffzellenwandler 16 dient hierbei als ein Verbindungselement bzw. als Schnittstelle zwischen dem Brennstoffzellensystem 14, das einem Primärkreis PK zugeordnet ist, und dem Hochvolt-Batteriezellensystem 12, das einem Sekundärkreis SK zugeordnet ist. Der Primärkreis PK und der Sekundärkreis SK sind in 1 vereinfacht durch Pfeile angedeutet. Der Brennstoffzellenwandler 16 gleicht die Unterschiede im Strom- bzw. Spannungsniveau zwischen dem Primärkreis PK und dem Sekundärkreis SK aus, so dass die durch das Brennstoffzellensystem 14 erzeugte elektrische Energie dem elektrischen Verbraucher 15, 17 oder/und dem Hochvolt-Batteriezellensystem 12 bereitgestellt werden kann. Dies ist in 1 vereinfacht durch die entsprechenden Pfeile mit Bezug auf die Ströme IBZ, IBZW, IEV, und IBatt dargestellt. Ferner kann der Brennstoffzellenwandler 16 mit einer Steuerungseinheit 18 zur Steuerung verbunden werden, was ebenfalls vereinfacht durch einen entsprechenden Pfeil dargestellt ist.
  • Hierbei steuert die Steuerungseinheit 18 bei einer Belastung des Systems 10 den Brennstoffzellenwandler 16 in Abhängigkeit von einem ersten Belastungsindikator Bln1 und wenigstens einem weiteren Belastungsindikator BIn2.
  • Eine Belastung auf das System 10 kann zum Beispiel während eines Betriebs des Fahrzeugs 50 in Fahrsituationen auftreten, in denen der Elektroantrieb ein Antriebsmoment sehr schnell zurücknehmen muss (beispielsweise auf einer glatten Straße oder bei einer schnellen Fahrpedalrücknahme). Diese sehr schnelle Rücknahme des Antriebsmoments führt zu einer starken Rücknahme des Stroms IEV im Sekundärkreis SK. Dadurch wird entweder das Hochvolt-Batteriezellensystem 12 oder das Brennstoffzellensystem 14 belastet. Beispielsweise wird bei Belastung des Hochvolt-Batteriezellensystems 12 der Strom IEV bzw. die Spannung durch den Brennstoffzellenwandler 16 langsamer heruntergeregelt, so dass insgesamt ein höherer Strom IBatt bzw. eine höhere Spannung in dem Sekundärkreis SK herrscht. Dieser Strom IBatt wird durch das Hochvolt-Batteriezellensystem 12 zwischengespeichert, was je nach Höhe zu zusätzlichen Verschleiß führt. Bei Belastung des Brennstoffzellensystems 14 hingegen wird der Strom IEV bzw. die Spannung schneller heruntergeregelt, was in einem höheren Strom IBZ bzw. einer höheren Spannung in dem Primärkreis PK resultiert, da die in den Brennstoffzellensystem 14 ablaufenden chemischen Reaktionen nicht sofort unterbrochen werden können. In beiden Fällen bewirken diese Belastungen eine vorzeitige Alterung des jeweiligen Systems 12, 14 (bzw. der den Systemen 12, 14 zugeordneten Zellen).
  • Indem die Steuerungseinheit 18 den Brennstoffzellenwandler 12 in Abhängigkeit von dem ersten Belastungsindikator Bln1 und dem wenigstens einen weiteren Belastungsindikator BIn2 steuert, wird eine ausgeglichene Belastung auf das Hochvolt-Batteriezellensystem 12 und das Brennstoffzellensystem 14 realisiert, da die Belastung unterschiedlich auf die jeweiligen Systeme 12, 14 aufgeteilt wird. Hierdurch wird eine vorzeitigen Alterung des jeweiligen Systems 12, 14 (bzw. der den Systemen 12, 14 zugeordneten Zellen) verringert. Insbesondere kann verhindert werden, dass das Hochvolt-Batteriezellensystem 12 oder das Brennstoffzellensystem 14 so belastet werden, dass eines der Systeme deutlich vor dem anderen vorzeitig altert.
  • Insbesondere kann die Steuerungseinheit 18 den ersten Belastungsindikator Bln1 mit dem weiteren Belastungsindikator BIn2 vergleichen, um auf Grundlage des Vergleichs den Brennstoffzellenwandler 16 so zu steuern, dass eine Verlagerung der Belastung auf das Hochvolt-Batteriezellensystem 12 oder auf das Brennstoffzellensystem 14 veranlasst wird. Dadurch kann eine einseitige Belastung des Hochvolt-Batteriezellensystems 12 oder des Brennstoffzellensystems 14 vermieden werden. Ferner müssen die Systeme 12, 14 nicht den Höchstanforderungen entsprechen, so dass Kosten eingespart werden können.
  • Dabei kann der erste Belastungsindikator Bln1 dem Hochvolt-Batteriezellensystem 12 zugeordnete Zustandsinformationen ZI und Belastungsinformationen BI aufweisen, und der weitere Belastungsindikator BIn2 kann dem Brennstoffzellensystem 14 zugeordnete Zustandsinformationen ZI und Belastungsinformationen BI aufweisen. Dies wird unter Bezugnahme auf 2 später noch im Detail beschrieben.
  • In einer Ausführungsform können die dem Hochvolt-Batteriezellensystem 12 zugeordneten Zustandsinformationen ZI Informationen über eine Temperatur, einen Widerstand oder/und einen Ladezustand des Hochvolt-Batteriezellensystems 12 umfassen. Die dem Brennstoffzellensystem 14 zugeordneten Zustandsinformationen ZI können Informationen über eine Temperatur, einen Druck, einen Brennstoffmengengehalt oder/und einen Brennstoffmengenverbrauch des Brennstoffzellensystems 14 aufweisen. Dies ist jedoch nicht einschränkend und weitere Informationen sind möglich. Die Zustandsinformationen ZI geben den aktuellen Zustand, insbesondere den Alterungsgrad des Hochvolt-Batteriezellensystems 12 und des Brennstoffzellensystems 14 an und können somit einen Rückschluss auf die Belastbarkeit des jeweiligen Systems 12, 14 zulassen.
  • Die dem Hochvolt-Batteriezellensystem 12 zugeordneten Belastungsinformationen BI und die dem Brennstoffzellensystem 14 zugeordneten Belastungsinformationen BI können ferner Informationen von vergangenen Belastungen des Hochvolt-Batteriezellensystems 12 und Informationen von vergangenen Belastungen des Brennstoffzellensystems 14, insbesondere Überbelastungen aufweisen. Dadurch werden die jeweiligen Belastungen auf die Systeme 12, 14, in der Vergangenheit mitberücksichtigt.
  • Die Zustandsinformationen ZI und die Belastungsinformationen BI, die dem Hochvolt-Batteriezellensystem 12 und dem Brennstoffzellensystem 14 zugeordnet sind, können durch jeweils eine Informationserfassungseinheit 11 des Hochvolt-Batteriezellensystems 12 und des Brennstoffzellensystems 14 erfasst werden. In diesem Zusammenhang zeigt 2 eine vereinfachte und schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform des Hochvolt-Batteriezellensystems 12 und des Brennstoffzellensystems 14 mit der jeweiligen Erfassungseinheit 11 im funktionalen Zusammenwirken mit der Steuerung 18, dem Brennstoffzellenwandler 16 und einer Verarbeitungseinheit 19 des Systems 10, welche im Folgenden beschrieben wird. Die Verarbeitungseinheit 19 kann extern von dem Hochvolt-Batteriezellensystem 12 und dem Brennstoffzellensystem 14 im Fahrzeug angeordnet sein. Dies ist jedoch nicht einschränkend und sie kann auch in dem Hochvolt-Batteriezellensystem 12 oder dem Brennstoffzellensystem 14 umfasst sein.
  • Die dem jeweiligen System 12, 14 zugeordnete Informationserfassungseinheit 11 erfasst die Zustandsinformation ZI und die Belastungsinformationen BI, die beispielsweise durch entsprechende den Systemen 12, 14 zugeordnete Sensorsysteme SBatt, SBZ gemessen werden. Dies ist vereinfacht in 2 durch die Pfeile mit Bezug auf ZI und BI dargestellt. Die Sensorsysteme SBatt, SBZ können zum Beispiel Sensoren zur Messung von Strom, Spannung oder/und dergleichen umfassen, die einen aktuellen Strom IBatt, IBZ in dem jeweiligen System 12, 14 erfassen. Hierbei kann die jeweilige Informationserfassungseinheit 11 einen Zähler aufweisen (nicht in 2 gezeigt), der eine Anzahl an Überbelastungen (d.h. das Auftreten eines Überstroms bzw. Überspannung) des jeweiligen Systems 12, 14 registriert. Diese Informationen werden der Verarbeitungseinheit 19 bereitgestellt, die diese speichert und verarbeitet, um daraus den ersten Belastungsindikator Bln1 und den weiteren Belastungsindikator BIn2 zu erzeugen. Der erste Belastungsindikator Bln1 und der weitere Belastungsindikator BIn2 werden dann der Steuerung 18 bereitgestellt, die entsprechende Parameter zur Steuerung des Brennstoffzellenwandlers 16 anpasst, um eine geeignete Aufteilung bzw. Verlagerung der Belastung zu ermöglichen.
  • Wie oben beschrieben, kann der elektrische Verbraucher 15, 17 des Fahrzeugs einen elektrischen Motor aufweisen. Ferner kann er eine dem elektrischen Motor zugeordnete Leistungselektronik umfassen.
  • In 3 ist ein vereinfachter und schematischer Ablaufplan eines Verfahrens 100 zur Steuerung eines Brennstoffzellenwandlers 16 in einem Fahrzeug dargestellt.
  • In Schritt S110 wird elektrische Energie durch wenigstens ein Hochvolt-Batteriezellensystem 12 gespeichert und bereitgestellt.
  • In Schritt S120 wird elektrische Energie durch wenigstens ein Brennstoffzellensystem 14 erzeugt.
  • In Schritt S130 steuert eine Steuerungseinheit 18 einen Brennstoffzellenwandler 16, um die erzeugte elektrische Energie dem wenigstens einen Hochvolt-Batteriezellensystem 12 oder/und wenigstens einen elektrischen Verbrauchers 15, 17 des Fahrzeugs durch den Brennstoffzellenwandler 16 bereitzustellen.
  • Dabei steuert die Steuerungseinheit 18 den Brennstoffzellenwandler 18 bei Belastung in Abhängigkeit von einem ersten Belastungsindikator Bln1 und wenigstens einem weiteren Belastungsindikator BIn2. Hierdurch wird die Belastung zwischen dem Hochvolt-Batteriezellensystem 12 und dem Brennstoffzellensystem 14 variiert und angepasst.
  • In Schritt S126 kann dabei der erste Belastungsindikator Bln1 mit dem weiteren Belastungsindikator BIn2 durch die Steuerungseinheit 18 verglichen werden.
  • In Schritt S130 kann die Steuerungseinheit 18 den Brennstoffzellenwandler 16 auf Grundlage des Vergleichs so steuern, dass eine Verlagerung der Belastung auf das Hochvolt-Batteriezellensystem 12 oder auf das Brennstoffzellensystem 14 veranlasst wird.
  • Hierbei kann der erste Belastungsindikator Bln1 dem Hochvolt-Batteriezellensystem 12 zugeordnete Zustandsinformationen ZI und Belastungsinformationen BI aufweisen. Der weitere Belastungsindikator BIn2 kann dem Brennstoffzellensystem 12 zugeordnete Zustandsinformationen ZI und Belastungsinformationen BI aufweisen.
  • Die dem Hochvolt-Batteriezellensystem 12 zugeordneten Zustandsinformationen ZI können Informationen über eine Temperatur, einen Widerstand oder/und einen Ladezustand des Hochvolt-Batteriezellensystems 12 aufweisen. Die dem Brennstoffzellensystem 14 zugeordneten Zustandsinformationen ZI können Informationen über eine Temperatur, einen Druck, einen Brennstoffmengengehalt oder/und einen Brennstoffmengenverbrauch des Brennstoffzellensystems 14 aufweisen.
  • Ferner können die dem Hochvolt-Batteriezellensystem 12 zugeordneten Belastungsinformationen BI und die dem Brennstoffzellensystem 14 zugeordneten Belastungsinformationen BI jeweils Informationen von vergangenen Belastungen des Hochvolt-Batteriezellensystems 12 und Informationen von vergangenen Belastungen des Brennstoffzellensystems 14, insbesondere Überbelastungen aufweisen.
  • In Schritt S122 können die dem Hochvolt-Batteriezellesystem 12 und dem dem Brennstoffzellensystem 14 zugeordneten Zustandsinformationen ZI und Belastungsinformationen BI durch eine Informationserfassungseinheit 11 des Hochvolt-Batteriezellensystems 12 und eine Informationserfassungseinheit 12 des Brennstoffzellensystems 14 erfasst werden.
  • In Schritt S124 können die dem Hochvolt-Batteriezellesystem 12 und die dem Brennstoffzellensystem 14 zugeordneten erfassten Zustandsinformationen ZI und Belastungsinformationen BI durch eine Verarbeitungseinheit 19 gespeichert und verarbeitet werden, um den ersten Belastungsindikator Bln1 und den weiteren Belastungsindikator BIn2 zu erzeugen.
  • 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 102015117240 A1 [0002]
    • DE 102017109410 A1 [0003]
    • WO 2009/108565 A2 [0004]

Claims (16)

  1. System (10) zur Steuerung eines Brennstoffzellenwandlers (16) in einem Fahrzeug, aufweisend: wenigstens ein Hochvolt-Batteriezellensystem (12), das dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu speichern und bereitzustellen; wenigstens ein Brennstoffzellensystem (14), das dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu erzeugen; einen Brennstoffzellenwandler (16), der dazu eingerichtet ist, die durch das wenigstens eine Brennstoffzellensystem (14) erzeugte elektrische Energie dem wenigstens einem Hochvolt-Batteriezellensystem (12) oder/und wenigstens einem elektrischen Verbraucher (15, 17) des Fahrzeugs bereitzustellen; und eine Steuerungseinheit (18), die dazu eingerichtet ist, den Brennstoffzellenwandler (16) zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (18) ferner dazu eingerichtet ist, den Brennstoffzellenwandler (16) bei einer Belastung des Systems (10) in Abhängigkeit von einem ersten Belastungsindikator (Bln1) und wenigstens einem weiteren Belastungsindikator (Bln2) zu steuern.
  2. System (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (18) ferner dazu eingerichtet ist, den ersten Belastungsindikator (Bln1) mit dem weiteren Belastungsindikator (Bln2) zu vergleichen, um auf Grundlage des Vergleichs den Brennstoffzellenwandler (16) so zu steuern, dass eine Verlagerung der Belastung auf das Hochvolt-Batteriezellensystem (12) oder auf das Brennstoffzellensystem (14) veranlasst wird.
  3. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Belastungsindikator (Bln1) dem Hochvolt-Batteriezellensystem (12) zugeordnete Zustandsinformationen (ZI) und Belastungsinformationen (BI) aufweist, und dass der weitere Belastungsindikator (Bln2) dem Brennstoffzellensystem (14) zugeordnete Zustandsinformationen (ZI) und Belastungsinformationen (BI) aufweist.
  4. System (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Hochvolt-Batteriezellensystem (12) zugeordneten Zustandsinformationen (ZI) Informationen über eine Temperatur, einen Widerstand oder/und einen Ladezustand des Hochvolt-Batteriezellensystems (12) aufweisen, und dass die dem Brennstoffzellensystem (14) zugeordneten Zustandsinformationen (ZI) Informationen über eine Temperatur, einen Druck, einen Brennstoffmengengehalt oder/und einen Brennstoffmengenverbrauch des Brennstoffzellensystems (14) aufweisen.
  5. System (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Hochvolt-Batteriezellensystem (12) zugeordneten Belastungsinformationen (BI) und die dem Brennstoffzellensystem (14) zugeordneten Belastungsinformationen (BI) Informationen von vergangenen Belastungen des Hochvolt-Batteriezellensystems (12) und Informationen von vergangenen Belastungen des Brennstoffzellensystems (14), insbesondere Überbelastungen aufweisen.
  6. System (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochvolt-Batteriezellensystem (12) und das Brennstoffzellensystem (14) jeweils eine Informationserfassungseinheit (11) aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die dem jeweiligen Hochvolt-Batteriezellensystem (12) und die dem jeweiligen Brennstoffzellensystem (14) zugeordneten Zustandsinformationen (ZI) und Belastungsinformationen (BI) zu erfassen.
  7. System (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationserfassungseinheit (11) des Hochvolt-Batteriezellensystem (12) und die Informationserfassungseinheit (11) des Brennstoffzellensystems (14) ferner jeweils einen Zähler aufweisen, der dazu eingerichtet ist, eine Anzahl an Überbelastungen des jeweiligen Hochvolt-Batteriezellensystems (12) und des jeweiligen Brennstoffzellensystems (14) zu erfassen.
  8. System (10) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner eine Verarbeitungseinheit (19) aufweist, die dazu eingerichtet ist, die dem Hochvolt-Batteriezellensystem (12) und die dem Brennstoffzellensystem (14) zugeordneten erfassten Zustandsinformationen (ZI) und Belastungsinformationen (BI) zu speichern und zu verarbeiten, um daraus den ersten Belastungsindikator (BIn1) und den weiteren Belastungsindikator (Bln2) zu erzeugen und der Steuerungseinheit (18) bereitzustellen.
  9. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Verbrauer (15, 17) des Fahrzeugs einen elektrischen Motor aufweist.
  10. Verfahren (100) zur Steuerung eines Brennstoffzellenwandlers (16) in einem Fahrzeug, wobei das Verfahren (100) die Schritte umfasst: Speichern und Bereitstellen (S110) von elektrischer Energie durch wenigsten ein Hochvolt-Batteriezellensystem; Erzeugen (S120) von elektrischer Energie durch wenigstens ein Brennstoffzellensystem (14); und Steuern (S130) eines Brennstoffzellenwandlers (16) durch eine Steuerungseinheit (18), um die erzeugte elektrische Energie dem wenigstens einen Hochvolt-Batteriezellensystem (12) oder/und wenigstens einem elektrischen Verbrauchers (15, 17) des Fahrzeugs durch den Brennstoffzellenwandler (16) bereitzustellen, wobei der Brennstoffzellenwandler (18) bei Belastung in Abhängigkeit von einem ersten Belastungsindikator (Bln1) und wenigstens einem weiteren Belastungsindikator (BIn2) durch die Steuerungseinheit (18) gesteuert wird.
  11. Verfahren (100) nach Anspruch 10, ferner umfassend Vergleichen (S126) des ersten Belastungsindikators (Bln1) mit dem weiteren Belastungsindikator (BIn2) durch die Steuerungseinheit (18), und Steuern (S130) des Brennstoffzellenwandlers (16) auf Grundlage des Vergleichs, so dass eine Verlagerung der Belastung auf das Hochvolt-Batteriezellensystem (12) oder auf das Brennstoffzellensystem (14) veranlasst wird.
  12. Verfahren (100) nach Anspruch 10 oder 11, wobei der erste Belastungsindikator (Bln1) dem Hochvolt-Batteriezellensystem (12) zugeordnete Zustandsinformationen (ZI) und Belastungsinformationen (BI) aufweist, und wobei der weitere Belastungsindikator (Bln2) dem Brennstoffzellensystem (12) zugeordnete Zustandsinformationen (ZI) und Belastungsinformationen (BI) aufweist.
  13. Verfahren (100) nach Anspruch 12, wobei die dem Hochvolt-Batteriezellensystem (12) zugeordneten Zustandsinformationen (ZI) Informationen über eine Temperatur, einen Widerstand oder/und einen Ladezustand des Hochvolt-Batteriezellensystems (12) aufweisen, und wobei die dem Brennstoffzellensystem (14) zugeordneten Zustandsinformationen (ZI) Informationen über eine Temperatur, einen Druck, einen Brennstoffmengengehalt oder/und einen Brennstoffmengenverbrauch des Brennstoffzellensystems (14) aufweisen.
  14. Verfahren (100) nach Anspruch 12 oder 13, wobei die dem Hochvolt-Batteriezellensystem (12) zugeordneten Belastungsinformationen (BI) und die dem Brennstoffzellensystem (14) zugeordneten Belastungsinformationen (BI) jeweils Informationen von vergangenen Belastungen des Hochvolt-Batteriezellensystems (12) und Informationen von vergangenen Belastungen des Brennstoffzellensystems (14), insbesondere Überbelastungen aufweisen.
  15. Verfahren (100) nach einem Ansprüche 12 bis 14, ferner umfassend Erfassen (S122) der dem Hochvolt-Batteriezellesystem (12) und der dem Brennstoffzellensystem (14) zugeordneten Zustandsinformationen (ZI) und Belastungsinformationen (BI) durch eine Informationserfassungseinheit (11) des Hochvolt-Batteriezellensystems (12) und eine Informationserfassungseinheit (12) des Brennstoffzellensystems (14); und Speichern und Verarbeiten (S124) der dem Hochvolt-Batteriezellesystem (12) und der dem Brennstoffzellensystem (14) zugeordneten erfassten Zustandsinformationen (ZI) und Belastungsinformationen (BI) durch eine Verarbeitungseinheit (19), um den ersten Belastungsindikator (Bln1) und den weiteren Belastungsindikator (Bln2) zu erzeugen.
  16. Elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem System gemäß einer der Ansprüche 1 bis 9.
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