DE102022205586A1 - Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs sowie Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs sowie Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug Download PDF

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Ralf Senner
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs (2) mit mindestens einem elektrischen Antrieb (4), mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher (6), in dem zum Betrieb des elektrischen Antriebs (4) verwendbare elektrische Energie speicherbar und wieder abgebbar ist, und mit mindestens einem Brennstoffzellensystem (8), welches einen Fluid bevorratenden Fluidtank (10) und welches mindestens eine Brennstoffzelle (12) umfasst, in der elektrische Energie durch Verbrauch, insbesondere durch inverse Elektrolyse, von Fluid erzeugbar ist und dem elektrischen Energiespeicher (6) und dem elektrischen Antrieb (4) zuführbar ist, wobei das Verfahren bei inaktivem elektrischen Antrieb (4) folgende Schritte umfasst:a. Erfassen einer IST-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers (6) und eines IST-Füllstands des Fluidtanks (10);b. Betreiben des Brennstoffzellensystems (8) in einem Ladebetrieb, bei dem erzeugte überschüssige elektrische Energie in dem elektrischen Energiespeicher (6) gespeichert wird,i. wenn die erfasste IST-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers (6) unterhalb einer SOLL-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers (6) liegt undii. wenn der IST-Füllstand des Fluidtanks (10) über einem Not-Füllstand des Fluidtanks (10) liegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs sowie ein Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug, das nach einem derartigen Verfahren betreibbar ist.
  • Aus dem Stand der Technik sind Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge bekannt, bei denen ein elektrischer Antrieb ausschließlich durch einen elektrischen Energiespeicher antreibbar ist oder bei denen der elektrische Antrieb sowohl durch den elektrischen Energiespeicher als auch durch ein Brennstoffzellensystem mit elektrischer Energie versorgbar ist.
  • Bei den bekannten Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen liegt eine durch das Brennstoffzellensystem erzeugbare elektrische Energie unterhalb einer maximalen elektrischen Antriebsleistung, mit dem der elektrische Antrieb betreibbar ist. Hierbei wird zum zur Verfügung stellen der maximalen elektrischen Leistung, zusätzlich zum Brennstoffzellensystem, auf die im elektrischen Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie zurückgegriffen.
  • Beim Betrieb des Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs kann, je nach Fahrzeugstand des Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs, der elektrische Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie verlieren, auch wenn parallel das Brennstoffzellensystem betrieben wird. Solchenfalls kann der elektrische Energiespeicher ein Speicherniveau erreichen, bei dem nicht ausreichend elektrische Energie zur Verfügung stellbar ist, um den Antrieb mit maximaler Antriebsleistung zu betreiben. Solchenfalls wir die maximal verfügbare Antriebsleistung des Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs automatisch reduziert wird.
  • Insbesondere, wenn das Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug zum Parken abgestellt wird und hiernach wieder in Betrieb genommen wird, kann die zur Verfügung stellbare maximale Antriebsleistung des elektrischen Antriebs nicht ausreichend hoch sein, um das Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug auf eine ausreichende-Reisegeschwindigkeit zu beschleunigen.
  • Eine Aufgabe eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist, ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs sowie ein Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug, das nach einem derartigen Verfahren betreibbar ist, vorzuschlagen, bei dem nach Wiederinbetriebnahme des Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs, nach einer Standzeit, eine ausreichende Beschleunigung durch den elektrischen Antrieb gewährleistbar ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs mit mindestens einem elektrischen Antrieb, mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher, in dem zum Betrieb des elektrischen Antriebs verwendbare elektrische Energie speicherbar und wieder abgebbar ist, und mit mindestens einem Brennstoffzellensystem, welches einen Fluid bevorratenden Fluidtank und welches mindestens eine Brennstoffzelle umfasst, in der elektrische Energie durch Verbrauch, insbesondere durch inverse Elektrolyse, von Fluid erzeugbar ist und dem elektrischen Energiespeicher und dem elektrischen Antrieb zuführbar ist, wobei das Verfahren bei inaktivem elektrischen Antrieb folgende Schritte umfasst:
    1. a. Erfassen einer IST-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers und eines IST-Füllstands des Fluidtanks;
    2. b. Betreiben des Brennstoffzellensystem in einem Ladebetrieb, bei dem erzeugte überschüssige elektrische Energie in dem elektrischen Energiespeicher gespeichert wird,
      1. i. wenn die erfasste IST-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers unterhalb einer SOLL-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers liegt und
      2. ii. wenn der IST-Füllstand des Fluidtanks über einem Not-Füllstand des Fluidtanks liegt.
  • Dadurch, dass das Brennstoffzellensystem in einem Ladebetrieb betrieben wird, bei dem erzeugte überschüssige elektrische Energie in dem elektrischen Energiespeicher gespeichert wird, kann der elektrische Energiespeicher über den Zustand einer minimalen Energiereserve des elektrischen Energiespeichers hinaus beladen werden und hierdurch der elektrische Antrieb mit maximaler Antriebsleistung betrieben werden.
  • Dadurch, dass der elektrische Energiespeicher nur dann im Ladebetrieb beladen wird, wenn erfasst wird, dass die IST-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers unterhalb einer SOLL-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers liegt, kann das Brennstoffzellensystem nur bei Bedarf und somit energieeffizient betrieben werden.
  • Dadurch, dass zusätzlich erfasst wird, ob der IST-Füllstand des Fluidtanks über einem Not-Füllstand des Fluidtanks liegt, wird das Auslösen des Ladebetriebs verhindert und dem Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug steht eine maximale Reichweite zur Verfügung.
  • Bei einer Weiterbildung des Verfahrens erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Brennstoffzellensystem inaktiviert wird, wenn die im elektrischen Energiespeicher vorhandene IST-Energiereserve die SOLL-Energiereserve umfasst oder überschreitet.
  • Hierdurch schaltet sich das Brennstoffzellensystem automatisch ab, sobald die IST-Energiereserve die SOLL-Energiereserve umfasst. Hierdurch kann das Brennstoffzellensystem effizient genutzt werden.
  • Darüber hinaus erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Brennstoffzellensystem inaktiviert wird, wenn der IST-Füllstand des Fluidtanks den Not-Füllstand des Fluidtanks erreicht oder unterschreitet.
  • Hierdurch kann das Brennstoffzellensystem inaktiviert werden, wenn im Zuge des Ladebetriebs der IST-Füllstand des Fluidtanks den Not-Füllstand des Fluidtanks erreicht oder unterschreitet. Dadurch kann gewährleistet werden, dass, solange der IST-Füllstand des Fluidtanks über einem Not-Füllstand des Fluidtanks liegt, der Ladebetrieb so lange als möglich durchgeführt wird, aber sofort bei Erfassen eines Erreichens oder Unterschreitens des Not-Füllstands die maximale noch vorhandene Reichweite des Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs durch Beenden des Ladebetriebs gewährleistet wird.
  • Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die SOLL-Energiereserve die Summe aus einer vorzuhaltenden elektrischen Minimalen-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers, die insbesondere 25 % der maximal speicherbaren elektrischen Energie im Energiespeichers umfasst, und einer Delta-Energiereserve umfasst, durch die der elektrische Antrieb für eine bestimmte Strecke mit maximaler elektrischer Antriebsleistung antreibbar ist.
  • Dadurch, dass sich die SOLL-Energiereserve aus der Summe der Minimalen-Energiereserve und einer Delta-Energiereserve zusammensetzt, kann gewährleistet werden, dass das Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug nicht automatisch in einem Sparbetrieb runtergeregelt wird, der beim Erreichen der Minimalen-Energiereserve erfolgt. Die Minimale-Energiereserve kann insbesondere 25 % der maximal speicherbaren elektrischen Energie im Energiespeicher umfassen und dem Betreiber des Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs als „Batterieladezustand niedrig“ angezeigt werden. Darüber hinaus ist es denkbar, dass bei zunehmender Entleerung des elektrischen Energiespeichers ein kritisches Ladeniveau des elektrischen Energiespeichers erreicht wird, das insbesondere bei 11 % der maximal speicherbaren elektrischen Energie im Energiespeicher umfassen kann.
  • Die bestimmte Strecke kann grundsätzlich beliebig ausgebildet sein. Diese kann beispielsweise dahingehend ausgelegt sein, die Länge eines Beschleunigungsstreifens bei einer Autobahnauffahrt zu umfassen. Bei einer Weiterbildung des Verfahrens erweist es sich als vorteilhaft, wenn die bestimmte Strecke mindestens 100m, insbesondere mindestens 500m, insbesondere mindestens 1000m, umfasst, und/oder dass die maximale Leistung 100kW umfasst.
  • Darüber hinaus sind Ausführungsbeispiele des Verfahrens denkbar, bei denen der Betrieb des elektrischen Antriebs mit maximaler elektrischer Antriebsleistung durch eine elektrische Energieversorgung durch den elektrischen Energiespeicher und dem Brennstoffzellensystem erfolgt oder durch eine ausschließliche elektrische Energieversorgung durch den elektrischen Energiespeicher.
  • Wenn der elektrische Antrieb sowohl durch den elektrischen Energiespeicher als auch durch das Brennstoffzellensystem versorgbar ist, kann das Brennstoffzellensystem mit maximaler Leistung betrieben werden und die bis zum Erreichen der maximalen Antriebsleistung noch fehlende elektrische Leistung durch den elektrischen Energiespeicher zugesteuert werden. Hierdurch ist der elektrische Energiespeicher schonender nutzbar. Wenn die maximale elektrische Antriebsleistung des elektrischen Antriebs ausschließlich durch den elektrischen Energiespeicher erfolgt, wird der elektrische Energiespeicher schneller entladen.
  • Ein ausschließliches Versorgen des elektrischen Antriebs mit elektrischer Antriebsleistung kann beispielsweise bei Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen vorgesehen sein, bei denen das Brennstoffzellensystem nicht unmittelbar mit dem Antrieb verbunden ist, sondern das Brennstoffzellensystem ausschließlich mit Verbrauchern des Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs und mit dem elektrischen Speicher verbunden ist.
  • Ein ausschließliches Versorgen des elektrischen Antriebs mit elektrischer Energie kann jedoch auch bei Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen erfolgen, bei denen sowohl der elektrische Energiespeicher, als auch das Brennstoffzellensystem unmittelbar mit dem elektrischen Antrieb verbunden sind, wenn die ausschließliche elektrische Energieversorgung durch den elektrischen Energiespeicher bei Erreichen oder Unterschreitens des Not-Zustands erfolgt und/oder dass der Not-Füllstand des Fluidtanks des Brennstoffzellensystems 12,5% des maximalen Füllstands des Fluidtanks umfasst.
  • Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Delta-Energiereserve einen festen hinterlegten oder hinterlegbaren Wert umfasst. Allerdings kann die Delta-Energiereserve auch abhängig von weiteren Parametern flexibel ermittelt werden. Solchenfalls erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Delta-Energiereserve bei Erfassen des Füllstands des Fluidtanks oberhalb des Not-Füllstands eine elektrische Energiereserve umfasst, durch die der elektrische Antrieb bei maximaler elektrischer Antriebsleistung durch elektrische Energieversorgung durch elektrischen Energiespeicher und Brennstoffzellensystem versorgbar ist und dass die Delta-Energiereserve bei Erfassen des Füllstands des Fluidtanks bei oder unterhalb des Not-Füllstands eine elektrische Energiereserve umfasst, durch die der elektrische Antrieb bei maximaler elektrischer Antriebsleistung ausschließlich durch den elektrischen Energiespeicher versorgbar ist.
  • Darüber hinaus erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Brennstoffzellensystem, in der die elektrische Energie erzeugbar ist, stufenlos oder stufig zwischen einer Minimal-Leistung und einer Maximal-Leistung betreibbar ist, wobei die Maximalleistung insbesondere 39 kW umfasst.
  • Wenn die durch das Brennstoffzellensystem zur Verfügung stellbare Maximal-Leistung 39 kW umfasst und wenn die maximale Antriebsleistung des elektrischen Antriebs bei 100 kW liegt, werden die verbleibenden 61 kW aus dem elektrischen Energiespeicher zur Verfügung gestellt.
  • Entsprechend steigt das zur Verfügung stellen von elektrischer Leistung aus dem elektrischen Energiespeicher, wenn das Brennstoffzellensystem bei Erreichen oder Überschreiten des Not-Füllstands auf eine niedrigere Leistung runtergeregelt wird.
  • Das Verfahren lässt sich einfach und automatisch ausführen, wenn das Erfassen der IST-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers und/oder des IST-Füllstands des Fluidtanks durch eine Steuereinheit und/oder durch ein der Steuereinheit funktional zugeordnetes Sensormittel erfolgt.
  • Darüber hinaus erweist es sich als vorteilhaft, wenn die SOLL-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers mittels Berechnens und/oder mittels tabellenbasierten Abgleichs mit dem in einer Steuereinheit hinterlegten Tabellenwerks durch die Steuereinheit ermittelt wird.
  • Das Verfahren lässt sich energieeffizienter ausgestalten, wenn die SOLL-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers zusätzlich auf Grundlage einer durch einen Energiespeicher-Temperatursensor erfassten Energiespeicher-Temperatur und/oder einer durch einen Umgebungs-Temperatorsensor erfassten Umgebungstemperatur erfolgt.
  • Darüber hinaus sind Ausführungsformen des Verfahrens denkbar, bei denen das Betreiben des Brennstoffzellensystem im Ladebetrieb bei inaktivem elektrischen Antrieb einmalig erfolgt oder das Erfassen der IST-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers und des IST-Füllstands des Fluidtanks nach Abschluss des Ladebetriebs wiederholt erfolgt und nach Ablauf einer Zeitspanne erfolgt, wobei bei Erfassen eines Absinkendes der IST-Energiereserve unter die SOLL-Energiereserve der Ladebetrieb erneut erfolgt, wenn der IST-Füllstand des Fluidtanks über dem Not-Füllstand des Fluidtanks liegt.
  • Wenn das Verfahren einmalig den Ladebetrieb durchführt, ist ein Verbrauch von Fluid minimal.
  • Wenn der elektrische Antrieb lange Zeit inaktiv ist, kann es nie ganz vermieden werden, dass elektrische Energie aus dem elektrischen Energiespeicher verbraucht wird oder verlorengeht. Beispielsweise kann elektrische Energie des elektrischen Energiespeichers dazu verwendet werden, ein Kühlaggregat zum Wärmen oder Kühlen zu betreiben, insbesondere um den elektrischen Energiespeicher zu kühlen und zu wärmen oder aufgrund nie ganz vermeidbarer Selbstentladungseffekte.
  • Solchenfalls kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn nach Ablauf einer Zeitspanne erneut erfasst wird, ob die IST-Energiereserve noch der SOLL-Energiereserve entspricht.
  • Darüber hinaus erweist es sich als vorteilhaft, wenn der elektrische Energiespeicher des Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs durch das Brennstoffzellensystem und gegebenenfalls durch eine externe Energiequelle, wie Ladesäule, bis zum maximalen Aufladezustand aufladbar ist. Solchenfalls kann das Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug ein Plug-in-Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug umfassen.
  • Darüber hinaus wird die Aufgabe gelöst durch ein Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug, das nach einem Verfahren nach einem der zuvor genannten Ansprüche betreibbar ist.
  • Bei einer Weiterbildung letztgenannter Ausführungsform erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug mindestens ein Anschlussmittel umfasst, durch das der elektrische Energiespeicher mit einer externen elektrischen Energiequelle verbindbar ist, insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug ein Plug-in-Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug umfasst und/oder wenn der elektrische Energiespeicher eine Batterie, eine Hochvoltbatterie oder einen Superkondensator umfasst.
  • Bei dem Fluid kann es sich um einen Treibstoff handeln, der in der Brennstoffzelle durch inverse Elektrolyse in elektrische Energie rückumwandelbar ist. Das Fluid kann solchenfalls ein Gas oder eine Flüssigkeit umfassen.
  • Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen, aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens und des Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs.
  • In der Zeichnung zeigt:
    • 1 Eine schematische Darstellung der Komponenten eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs;
    • 2 Eine diagrammartige Darstellung von Antriebsleistung ist IST-Energiereserve;
    • 3 Ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 versehenen Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs.
  • Das Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug 2 umfasst einen elektrischen Antrieb 4 und einen elektrischen Energiespeicher 6. In dem elektrischen Energiespeicher 6 ist zum Betrieb des elektrischen Antriebs 4 verwendbare elektrische Energie speicherbar und wieder abgebbar.
  • Darüber hinaus umfasst das Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug 2 ein Brennstoffzellensystem 8, welches einen ein Fluid bevorratenden Fluidtank 10 und welches mindestens eine Brennstoffzelle 12 umfasst. In der Brennstoffzelle 12 ist elektrische Energie durch Verbrauch, insbesondere durch inverse Elektrolyse, von Fluid erzeugbar. Die erzeugte elektrische Energie ist sowohl dem Energiespeicher 6 als auch dem elektrischen Antrieb 4 zuführbar.
  • 2 zeigt eine diagrammartige Darstellung eines Zusammenhangs zwischen der IST-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers 6, einem IST-Füllstand des Fluidtanks 10 sowie die davon abhängige maximale Antriebsleistung des elektrischen Antriebs 4.
  • Auf der unteren X-Achse aufgetragen, ist die elektrische Energiereserve des elektrischen Energiespeichers 6 abgetragen. Auf der Y-Achse ist die elektrische Leistung abgetragen. Mit „max.“ angezogen ist eine maximal zur Verfügung stellbare elektrische Energie durch das Brennstoffzellensystem 8 dargestellt. Ab Überschreiten einer Minimalen-Energiereserve, die bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel bei 25 % des maximal möglichen Beladungsgrads des elektrischen Energiespeichers 6 abgetragen ist, ist die zum Fahren des Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs 2 zur Verfügung stellbare maximale Antriebsleistung sowohl durch das Brennstoffzellensystem 8, als auch durch den elektrischen Energiespeicher 6 zur Verfügung gestellt. In 2 abgetragene maximal mögliche elektrische Antriebsleistung umfasst 100 kW. Dies bedeutet, dass bei einem Betreiben des Brennstoffzellensystems 8 mit maximaler elektrischer Energieerzeugung, die Differenz hierzu durch den elektrischen Energiespeicher 6 zur Verfügung gestellt wird.
  • Unter „Not“ ist ein Bereich der Energie zur Verfügungsstellung abgetragen, bei der ein Not-Füllstand des Fluidtanks 10 erreicht wird und die durch das Brennstoffzellensystem 8 zur Verfügung stellbare elektrische Leistung bis zum totalen Entleeren des Fluidtanks 10 absinkt. Unter „Delta“ ist eine Energiereserve abgetragen, durch die ein Betreiben des elektrischen Antriebs 4 mit maximaler elektrischer Antriebsleistung für eine bestimmte Strecke gewährleistbar ist. Diese bestimmte Strecke kann beispielsweise 1000 m umfassen.
  • 3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Unter Zuhilfenahme der Darstellungen gemäß der 1 und 2 wird nachfolgend auf das Verfahren eingegangen:
    • In einem ersten Schritt 100 wird eine IST-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers 6 sowie ein IST-Füllstand des Fluidtanks 10 erfasst. Hierzu kann das Erfassen mittels einer Steuereinheit und insbesondere einem der Steuereinheit funktional zugeordneten Sensormittel erfolgen.
  • In einem nachfolgenden Schritt 101 wird überprüft, ob die erfasste IST-Energiereserve des Energiespeichers 6 unterhalb einer SOLL-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers 6 liegt. Die SOLL-Energiereserve kann in der Steuereinheit hinterlegbar oder hinterlegt sein. Die SOLL-Energiereserve kann, mit Blick in 2, die Summe aus der Minimalen-Energiereserve des elektrischen Speichers 6 und einer Delta-Energiereserve zusammengesetzt sein, durch die der elektrische Antrieb 4 für die bestimmte Strecke mit maximaler elektrischer Antriebsleistung antreibbar ist.
  • Darüber hinaus wird in einem weiteren Zwischenschritt 102 überprüft, ob der IST-Füllstand des Fluidtanks 10 über einem Not-Füllstand des Fluidtanks 10 liegt.
  • Wenn die Bedingungen der Schritte 101 und 102 erfüllt sind, wird in einem Schritt 103 das Brennstoffzellensystem 8 in einem Ladebetrieb betrieben, bei dem erzeugte überschüssige elektrische Energie in dem Energiespeicher 6 gespeichert werden.
  • Das Verfahren gemäß 3 wird dann durchgeführt, wenn der elektrische Antrieb 4 inaktiv ist.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung, können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination in der Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen im Rahmen des Schutzumfangs der nachfolgenden Ansprüche wesentlich sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug
    4
    Antrieb
    6
    Energiespeicher
    8
    Brennstoffzellensystem
    10
    Fluidtank
    12
    Brennstoffzelle
    100-103
    Verfahrensschritte

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs (2) mit mindestens einem elektrischen Antrieb (4), mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher (6), in dem zum Betrieb des elektrischen Antriebs (4) verwendbare elektrische Energie speicherbar und wieder abgebbar ist, und mit mindestens einem Brennstoffzellensystem (8), welches einen Fluid bevorratenden Fluidtank (10) und welches mindestens eine Brennstoffzelle (12) umfasst, in der elektrische Energie durch Verbrauch, insbesondere durch inverse Elektrolyse von Fluid, erzeugbar ist und dem elektrischen Energiespeicher (6) und dem elektrischen Antrieb (4) zuführbar ist, wobei das Verfahren bei inaktivem elektrischen Antrieb (4) folgende Schritte umfasst: a. Erfassen einer IST-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers (6) und eines IST-Füllstands des Fluidtanks (10); b. Betreiben des Brennstoffzellensystems (8) in einem Ladebetrieb, bei dem erzeugte überschüssige elektrische Energie in dem elektrischen Energiespeicher (6) gespeichert wird, i. wenn die erfasste IST-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers (6) unterhalb einer SOLL-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers (6) liegt und ii. wenn der IST-Füllstand des Fluidtanks (10) über einem Not-Füllstand des Fluidtanks (10) liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (8) inaktiviert wird, wenn die im elektrischen Energiespeicher (6) vorhandene IST-Energiereserve die SOLL-Energiereserve umfasst oder überschreitet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (8) inaktiviert wird, wenn der IST-Füllstand des Fluidtanks (10) den Not-Füllstand des Fluidtanks (10) erreicht oder unterschreitet.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die SOLL-Energiereserve die Summe aus einer vorzuhaltenden elektrischen Minimalen-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers (6), die insbesondere 25 % der maximal speicherbaren elektrischen Energie im Energiespeicher (6) umfasst, und einer Delta-Energiereserve umfasst, durch die der elektrische Antrieb (4) für eine bestimmte Strecke mit maximaler elektrischer Antriebsleistung antreibbar ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Strecke mindestens 100m, insbesondere mindestens 500m, insbesondere mindestens 1000m, umfasst, und/oder dass die maximale Leistung 100kW umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb des elektrischen Antriebs (4) mit maximaler elektrischer Antriebsleistung durch eine elektrische Energieversorgung durch den elektrischen Energiespeicher (6) und dem Brennstoffzellensystem (8) erfolgt oder durch eine ausschließliche elektrische Energieversorgung durch den elektrischen Energiespeicher (6).
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ausschließliche elektrische Energieversorgung durch den elektrischen Energiespeicher (6) bei Erreichen oder Unterschreitens des Not-Zustands erfolgt und/oder dass der Not-Füllstand des Fluidtanks (10) des Brennstoffzellensystems (8) 12,5 % des maximalen Füllstands des Fluidtanks (10) umfasst.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Delta-Energiereserve bei Erfassen des Füllstands des Fluidtanks (10) oberhalb des Not-Füllstands eine elektrische Energiereserve umfasst, durch die der elektrische Antrieb (4) bei maximaler elektrischer Antriebsleistung durch elektrische Energieversorgung durch elektrischen Energiespeicher (6) und Brennstoffzellensystem (8) versorgbar ist und dass die Delta-Energiereserve bei Erfassen des Füllstands des Fluidtanks (10) bei oder unterhalb des Not-Füllstands eine elektrische Energiereserve umfasst, durch die der elektrische Antrieb (4) bei maximaler elektrischer Antriebsleistung ausschließlich durch den elektrischen Energiespeicher (6) versorgbar ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (8), in der elektrischen Energie erzeugbar ist, stufenlos oder stufig zwischen einer Minimal-Leistung und einer Maximal-Leistung betreibbar ist, wobei die Maximalleistung insbesondere 39 kW umfasst.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der IST-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers (6) und/oder des IST-Füllstands des Fluidtanks (10) durch eine Steuereinheit und/oder durch ein der Steuereinheit funktional zugeordnetes Sensormittel erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die SOLL-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers (6) mittels Berechnens und/oder mittels tabellenbasierten Abgleichs mit dem in einer Steuereinheit hinterlegten Tabellenwerks durch die Steuereinheit ermittelt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die SOLL-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers (6) zusätzlich auf Grundlage einer durch einen Energiespeicher-Temperatursensor erfassten Energiespeicher-Temperatur und/oder einer durch einen Umgebungs-Temperatorsensor erfassten Umgebungstemperatur erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betreiben des Brennstoffzellensystem (8) im Ladebetrieb bei inaktivem elektrischen Antrieb (4) einmalig erfolgt oder das Erfassen der IST-Energiereserve des elektrischen Energiespeichers (6) und des IST-Füllstands des Fluidtanks (10) nach Abschluss des Ladebetriebs wiederholt erfolgt und nach Ablauf einer Zeitspanne erfolgt, wobei bei Erfassen eines Absinkendes der IST-Energiereserve unter die SOLL-Energiereserve der Ladebetrieb erneut erfolgt, wenn der IST-Füllstand des Fluidtanks (10) über dem Not-Füllstand des Fluidtanks (10) liegt.
  14. Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug (2), das nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 betreibbar ist.
  15. Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug (2) nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch mindestens ein Anschlussmittel, durch das der elektrische Energiespeicher (6) mit einer externen elektrischen Energiequelle verbindbar ist, insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug (2) ein Plug-in-Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug (2) umfasst und/oder dass der elektrische Energiespeicher (6) eine Batterie, eine Hochvoltbatterie oder einen Superkondensator umfasst.
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