EP4426583A1 - Verfahren zum betrieb eines nutzfahrzeugs mit brennstoffzellensystem und elektromotorischem antrieb, sowie nutzfahrzeug mit selbigem - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines nutzfahrzeugs mit brennstoffzellensystem und elektromotorischem antrieb, sowie nutzfahrzeug mit selbigem

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EP4426583A1
EP4426583A1 EP22805902.8A EP22805902A EP4426583A1 EP 4426583 A1 EP4426583 A1 EP 4426583A1 EP 22805902 A EP22805902 A EP 22805902A EP 4426583 A1 EP4426583 A1 EP 4426583A1
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EP
European Patent Office
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weight information
fuel cell
commercial vehicle
motor drive
electric motor
Prior art date
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Pending
Application number
EP22805902.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Janik RICKE
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ZF CV Systems Global GmbH
Original Assignee
ZF CV Systems Global GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a commercial vehicle with a fuel cell system and an electric motor drive, comprising supplying reactants to a fuel cell of the fuel cell system, the fuel cell being set up to be operated at a variable operating point, controlling the fuel cell to operate at a predetermined one Operating point in such a way that electrical energy is generated by converting the supplied reactants at a generating capacity, intermediate storage of the electrical energy generated by the fuel cell in a buffer store, and driving of the electromotive drive by drawing electrical energy with a required power from the buffer store .
  • the generation power is understood to be the power that the fuel cell provides during operation.
  • the required power is understood to mean that power which the electric motor drive requests from the buffer store as a consumer.
  • Fuel cells can be most efficient operate with operating parameters that are as constant as possible, i.e., among other things, operating temperatures, pressures, and amounts of reactants supplied. Prolonged operation of the fuel cell systems at high generating capacities and thus high operating points is just as detrimental to the service life of the fuel cell as are constant and abrupt changes in the operating points.
  • the invention was therefore based on the object of alleviating the disadvantages described above as far as possible.
  • the invention was based on the object of improving the aforementioned method in such a way that the service life of the fuel cell is increased without adversely affecting the operating properties of the commercial vehicle.
  • the invention solves the problem with a method of the type described above by proposing that the method also includes: determining weight information that is representative of the loading process of the commercial vehicle, and adjusting the operating point depending on the determined weight information.
  • the invention is based on the approach that not only are higher vehicle masses to be moved in a commercial vehicle than in a passenger car, which can be moved comparatively dynamically, but that the total mass of the vehicle also changes drastically as a function of the loading condition of the commercial vehicle usually by significantly more than 100%.
  • the fuel cell can be operated continuously at a (higher or lower) power level adjusted to the weight, so that the need to deal with acutely sharp jumps in the operating points decreases. This extends the service life of the fuel cell and the buffer storage without having to make any compromises in the operation of the commercial vehicle.
  • the method is further developed by comprising the step:
  • Operating strategies are also already used for other control purposes in the operation of commercial vehicles. They can be created because it is usually known before the start of the journey how the commercial vehicle will move over the forthcoming time course should be, and what loads it will be exposed to during this time, at least as a rule. The load status of the commercial vehicle is reflected in all working points over time, which is why it can be included in the overall operating strategy via the determined weight information.
  • the method comprises the steps:
  • the route information forms part of the operational strategy. If it is already known before the start of the journey that the commercial vehicle will have to climb a longer incline after about an hour of operation, for example a mountain pass, then it can be planned in advance within the framework of the operating strategy that the operating point for the associated section of the time profile will be adjusted accordingly. The adjustment of the operating point can then take place in a foresighted and more gradual manner than would have been possible with an unprepared journey over this section of road in the prior art.
  • the route information includes one, more, or all of the following:
  • the topography of the route is preferably included in the operating strategy in such a way that different inclines and declines over time correlate with individual operating points adapted for this purpose, which can be traversed as steadily as possible within the framework of the operating strategy, preferably with smoothing. Meet this way Special features along the route, such as uphill and downhill gradients, the fuel cell system is no longer unprepared.
  • Traffic density information can be incorporated into the operating strategy in such a way that the operating points for periods of time along the chronological curve in which traffic jams, stop-and-go traffic or areas with low traffic density and high average speeds are assigned suitable operating points for the expected performance requirements.
  • the road surface information can be incorporated into the operating strategy by making corresponding adjustments to the operating points for increased or reduced for periods of time along the time course in which, for example, the commercial vehicle has to be moved over road surfaces with high rolling resistance, for example in the off-highway area Load requirements are assigned.
  • Meteorological information can be incorporated into the operating strategy in such a way that the operating points of the fuel cell system can be adapted to temperature fluctuations and air pressure fluctuations that are to be expected in certain time segments of the curve described above.
  • the method is further developed with the step:
  • the weight information can be used as a proportional correction factor for an operating map of the fuel cell system.
  • the fuel cell can, to a certain extent, preemptively increase the operating points in preparation for a period of time with an increased power requirement, specifically also sufficiently scaled according to the weight information available to it.
  • the sudden increase in the load on the fuel cell is avoided by running ahead in time, and a more constant progression in the change in the operating points can be achieved, which benefits the service life of the fuel cell.
  • the operating point(s) can be lowered for periods of time along the time curve with a reduced power requirement of the electromotive drive such that their fall precedes the reduction in the power requirement of the electromotive drive.
  • the operating point or points are lowered in such a way that their drop lags behind the reduction in the required power.
  • the weight information includes the total mass of the commercial vehicle, and determining the weight information includes detecting a resulting vehicle acceleration at a predetermined drive power of the electric motor drive and calculating the weight information as a function of the vehicle acceleration.
  • F is the driving force
  • m is the vehicle mass
  • a is the acceleration.
  • the actually converted drive power of the electric motor drive and thus the drive force which is responsible for the vehicle acceleration a, is preferably recorded.
  • the drive power converted by the drive corresponds to the required power minus all power losses that are systematically caused by the conversion of electrical energy into mechanical work occur in the electric motor drive.
  • the required power can also be used to determine the driving force and offset with a predetermined deduction factor, for example, which characterizes the losses.
  • the power actually converted by the electric motor drive is preferably used.
  • the driving force can be determined, for example, by reading out the engine torque from the electric motor drive.
  • the acceleration is preferably determined using one or more acceleration sensors.
  • the utility vehicle has an air suspension system with a plurality of air springs
  • the weight information includes the payload of the utility vehicle
  • determining the weight information includes: detecting an air pressure and/or an increase in the air pressures in the air springs, and calculating the weight information as a function the increase in air pressure.
  • the method includes a plausibility check of the ascertained weight information by detecting the air pressure of the air springs.
  • determining the weight information includes detecting parameter signals that are representative of the loading state of the utility vehicle, determining the weight information as a function of these parameter signals.
  • the parameter signals can be acceleration data or pressure data, but they can also be displacement or angle change signals, which are detected by sensor devices of the commercial vehicle as a function of a weight-related relative movement between the vehicle body and chassis.
  • the commercial vehicle preferably has a tractor and a trailer, and the weight information is determined separately for the tractor and the trailer, or alternatively together.
  • the tractor and the trailer are reversibly detachably connected to one another by means of a trailer hitch, and the method comprises:
  • An advantage of this embodiment lies in the significantly simplified data processing.
  • the weight classes of the trailers are easy to determine and ensure that the operating strategy of the fuel cell system is adequately adjusted in many operating scenarios, even without an exact weight determination being made.
  • the commercial vehicle has a cooling system that is set up to remove thermal energy from the fuel cell system by means of a cooling capacity, and the method also has the step:
  • the fuel cell system must always deliver more power and consequently also requires more cooling capacity. Since the cooling performance correlates with the required performance of the fuel cell system and thus also with the loading condition of the commercial vehicle, the inclusion of the weight information in the adjustment of the cooling performance improves the performance and at the same time advantageously affects the operational safety of the fuel cell system.
  • the commercial vehicle is set up to control the electric motor drive as a generator in a recuperation mode in order to use a recuperation power to recover electrical energy corresponding to a recuperation power and to supply it to the buffer memory, and the method also includes an adjustment of the recuperation power depending on the determined weight information .
  • the commercial vehicle requires more power when it has to climb a hill with a higher load, more energy can also be recuperated when a vehicle with a higher load is driving down a slope.
  • the load point for the fuel cell can also be shifted down and the activation of the electric motor drive as a generator can be adjusted accordingly.
  • the invention has been described in a first aspect on the basis of the method according to the invention.
  • the invention also relates to a commercial vehicle with a fuel cell system and an electric motor drive, with a fuel cell that is set up to receive reactants and can be operated at a variable operating point, a control device that is connected to the fuel cell in a signal-conducting manner and is set up to to control the fuel cell for operation at a predetermined operating point in such a way that by converting the supplied reactants, electrical energy is generated at a generation output, a buffer store that is set up to temporarily store the electrical energy that is generated, the electric motor drive being set up to do so, under Removal of electrical energy from the buffer memory to be driven with a requirement performance.
  • the invention solves the underlying problem with such a commercial vehicle by the commercial vehicle means for determining Has weight information, wherein the weight information is representative of the loading condition of the vehicle, and that the control device is set up to adjust the operating point depending on the determined weight information.
  • the control device is set up to carry out the method according to the preferred embodiments described above.
  • the invention makes use of the same advantages as the method according to the first aspect of the invention.
  • control device is set up to perform one, several or all of the following functions:
  • the route information preferably comprising one, several or all of the following:
  • the commercial vehicle having a cooling system which is set up to dissipate thermal energy from the fuel cell system by means of the cooling capacity;
  • the commercial vehicle being set up to control the electric motor drive as a generator in a recuperation mode in order to recover electrical energy according to the recuperation performance and to supply it to the buffer memory.
  • the fuel cell system has a fuel cell controller, and the control device is partially or completely integrated into the fuel cell controller.
  • the integration can be done in hardware or software.
  • the control device can also be designed as a dedicated control device, or as a distributed arrangement of a plurality of control devices, each of which performs one or more of the functions described above.
  • the data processing unit can have a dedicated hardware unit with one or more data interfaces for receiving and outputting data, a processor, preferably a data memory.
  • the control device is connected to the data processing unit, preferably by means of a data interface and a data communication network of the commercial vehicle, and is set up to receive the weight information and/or information elements for determining the weight information by means of the data interface and also has a processor to process the information or information elements received, in particular in a method according to one of the preferred embodiments described above, or by means of one, several or all of the functions described above.
  • the information elements include, in particular, the parameter signals described above, which are representative of the loading condition of the commercial vehicle.
  • the data processing unit is set up to receive parameter signals from one or more sensor devices that are representative of the load status of the commercial vehicle, and to determine the weight information as a function of these parameter signals.
  • the data communication network can have a bus system, for example, such as a CAN bus.
  • the data processing unit can be integrated into the control device.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a commercial vehicle according to a preferred embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an operating strategy for operating the commercial vehicle according to FIG. 1 .
  • the utility vehicle 1 shows a commercial vehicle 1 according to a preferred exemplary embodiment of the invention.
  • the utility vehicle 1 has a towing vehicle 3 and a trailer 4 which are reversibly and detachably coupled to one another by means of a trailer hitch 5 .
  • the commercial vehicle 1 also has a fuel cell system 7, shown as an example as part of the tractor 3. This is not necessarily the case.
  • the fuel cell system 7 comprises a fuel cell 9, which is fluidly connected to a hydrogen reservoir 11 on the anode side, and to an air supply 13 on the cathode side, which is set up, for example, to supply ambient air.
  • the fuel cell 9 is set up to convert the reactants H2, O2 supplied to it and to generate electrical energy with a generation power P. In this case, it is not necessary to supply pure oxygen, but it Oxygen-containing substance mixtures such as ambient air can also be supplied.
  • the fuel cell 9 is electrically conductively connected to a buffer store 15 and set up to temporarily store electrical energy in the buffer store 15 depending on the generation power P that it makes available.
  • the buffer store 15 is electrically conductively connected to an electric motor drive 17 .
  • the electric motor drive 17 has an electric machine 19 which can be controlled both as an electric motor and as a generator. In a normal operating mode, the electric machine 19 is controlled as an electric motor and ensures the propulsion of the utility vehicle 1 . In order to drive the electric motor drive 17 , it requires a required power P r , and the electrical energy required, which is dependent on the required power P r , is taken from the buffer store 15 . The electric motor drive 17 is therefore set up to be driven by drawing electrical energy from the buffer store 15 . In a recuperation mode, the electrical machine 19 can be controlled as a generator and ensures that electrical energy is recovered and temporarily stored in the buffer memory 15.
  • the fuel cell 9 is fluidly connected to a cooling system 21, the cooling system 21 being set up to extract heat by circulating a cooling medium while applying a cooling capacity K of the fuel cell 9 and optionally further components of the fuel cell system.
  • the fuel cell 9 can be operated at variable operating points Ai ... A n and for this purpose has a control device 23 which is connected to the fuel cell 9 in a signal-conducting manner and is set up to operate the fuel cell 9 at a predetermined operating point Ai ... A n to be controlled in such a way that electrical energy is generated by converting the supplied reactants H2, O2.
  • the utility vehicle 1 also has a data processing unit 25 for ascertaining weight information G, the weight information G being representative of the loading condition of the utility vehicle 1 .
  • the data processing unit 25 is shown in FIG. 1 as a dedicated hardware unit. However, it can also be integrated into the control device 23 .
  • the control device 23 is set up to adapt the working point Ai...A n depending on the weight information G determined. If the data processing unit 25 and the control device 23 are independent units, a data communication network 27 is preferably provided for communication between the data processing unit 25 and the control device 23, which can have a CAN bus 29, for example, and with which both the control device 23 and the Data processing unit 25 for determining the weight information G are signal-connected. Alternatively, a direct connection would also be conceivable.
  • the data processing unit 25 for determining the weight information G is set up to provide the weight information G.
  • data processing unit 25 is set up to receive information elements E, in particular parameter signals, from one or more sensor devices (not shown), which are representative of the loading state of the commercial vehicle, and to determine the weight information as a function of these parameter signals.
  • the characteristic signals may include data representative of acceleration values, pressures and the like, see below.
  • the electronic control device 23 preferably has one or more processors 33 for data processing, and more preferably a data memory 35 in which the commands for controlling the fuel cell system 7 are stored.
  • the electronic control device 23 can be a dedicated control unit, or can be integrated into an existing fuel cell control of the fuel cell 9 in terms of hardware and/or software.
  • the control device 23 can be integrated into a brake control unit (EBS) of the tractor 3 or a brake control unit (TEBS) of the trailer 4 .
  • EBS brake control unit
  • TEBS brake control unit
  • the control device 23 has a data interface 37 for communication with the data communication network 27 .
  • the commercial vehicle 1 optionally has an air suspension 39 with one or more air springs 41 which can be assigned to the tractor 3 and/or the trailer 4 .
  • a required power P r is required to control the electric motor drive 17 and is made available by the buffer memory 15 . So that the buffer store 15 is not emptied, the control device 23, which is connected to the electric motor drive 17 and the fuel cell 9 in a signal-conducting manner, instructs the fuel cell 9 to provide a generating power P and electric to generate energy.
  • an operating point Ai ... An is set on the fuel cell 9 by setting the operating parameters of the fuel cell 9, including the required reactant balance and the required amount of reactants, and electrical energy is supplied to the fuel cell 9 in accordance with this operating point Ai ... An Buffer memory 15 supplied.
  • the weight information G is also included in the determination of a correct operating point Ai...An, which the control device 23, preferably via its data interface 37, is made available. Knowing the weight information G makes it possible to set the operating point Ai . This is illustrated as an example in Fig. 2.
  • FIG. 2 shows a diagram of a time profile t for a required power Pr,i for an unloaded commercial vehicle 1 and above that a time profile of a required power Pr i for a fully loaded commercial vehicle. Due to the higher vehicle load, a higher required power is required to operate the vehicle with Prji, and by taking this weight information into account, the first operating point Ai can already be set higher for the required power Prji than would be necessary if the vehicle was only driving empty , as indicated by the demand power Pr,i.
  • the fuel cell would work at a constant operating point, and only when the required power P r of the electric motor drive increased and the state of charge of the buffer store 15 changed would the fuel cell respond to the changed load requirement to operate switch to an increased operating point and provide a higher generation power P.
  • the invention proposes adapting the operating points Ai . . .
  • the time profile Pr.i or Pr.n of the required power of the electric motor drive is already known and entered into the control device 23, for example stored in its data memory 35.
  • the distance to be covered over time which characterizes the demand power Pr, is known.
  • G of the vehicle it is possible to estimate at what point in time along the time course of an upcoming trip increased power will be required from the electric motor drive 17, in the examples in FIG. 2 between ti and t2.
  • the course of the operating point Ai ...An of the fuel cell can be changed.
  • the strength of the increase in the required power P r of the electric motor drive 17 and thus the need to adapt to the generation power of the fuel cell 9 is in turn dependent on the loading condition of the commercial vehicle 1 , which can be advantageously mapped by determining the weight information G.
  • the increase in the required power Pr is correspondingly more significant with a higher vehicle mass.
  • 2 shows a first ramp Ri, which characterizes the strongest rate of increase in fuel cell power öPi/öti of an unloaded vehicle, and a second ramp RH, which characterizes the strongest rate of increase in fuel cell power öPn/ötn of a laden vehicle .
  • the rate of increase i.e. the steepness of the respective ramp Ri or RH, can be controlled appropriately but flat enough so that a potentially occurring through the jumps in the required power Pr Load dynamics are limited because the extent of the jump in the required power Pr is already known by determining the weight information G before the jump occurs.
  • the control device 23 already begins to raise the operating points Ai ... A n in advance, namely before the point in time ti, depending on the weight information G, in order to increase the dynamics of the fuel cell 9 to limit and still be able to supply sufficient electrical energy to the buffer memory 15.
  • the route information T is available in the data communication network 27 and is determined in a generally known manner using sensors (not shown) or entered manually.
  • a falling required power can also be determined along the course of time, as also in FIG. 2 at time t2. While the power requirement, ie the required power P r , increases at time ti, it decreases at time t2. In the present example, the required power Pr drops to the level before time ti.
  • control device 23 instructs the fuel cell 9, preferably ahead of time, to gradually reduce the operating points An, preferably continuously, and in turn to limit the dynamics of the change in the operating points of the fuel cell 9.
  • the weight information is preferably calculated in the data processing unit 25 or in the control device 23 .
  • a representative parameter for a vehicle acceleration a is transmitted as an information element E to the respective unit, for example via the data communication network 27 .
  • a representative parameter for the actually converted drive power PA of the electric motor drive 17, and thus the driving force which is responsible for the vehicle acceleration a must be known. This information can be obtained from the electric motor drive 17, for example, by reading out the engine torque.
  • PA minus power losses and thus dependent on the efficiency of the electric motor drive will correspond to the required power P r .
  • the total mass of the vehicle can be calculated as weight information G and used to adapt the operating strategy S(t).
  • the air pressures p in the air springs 41 of the air suspension system 39 can also be read out to determine—or to check the plausibility of—the weight information G.
  • the change in the payload of the vehicle can be determined via a change in air pressure.
  • the air pressure p is preferably transmitted to the data processing unit 25 as a parameter signal and processed accordingly in the data processing unit 25 .
  • the weight information G does not have to be determined or calculated by sensors; in an alternative preferred embodiment, it can also be determined outside the vehicle, for example in a vehicle scale, or entered manually and made available to the control device 23, for example via the data communication network 27.
  • a further possibility of including the weight information in the operating strategy S(t) can be implemented in such a way that the coupling state of the trailer hitch 5 between the towing vehicle 3 and the trailer 4 is monitored by the control device 23 . If the control device 23 determines that the trailer hitch 5 is in its coupling state, a flat-rate weight value Gp for the weight information G is used for the operating strategy S(t), which is representative of a tractor 3 with a trailer 4 with a defined load, approximately half full or full, is.
  • the weight information G is assigned a general weight value Gp, which is representative of operation of the towing vehicle 3 without a trailer 4 .
  • Gp is representative of operation of the towing vehicle 3 without a trailer 4 .
  • the control device 23 preferably also controls the cooling capacity K of the cooling system 21 as a function of the ascertained weight information G, so that the fuel cell 9 and any other components are also adequately cooled at the adjusted operating points.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Nutzfahrzeugs (1) mit Brennstoffzellensystem (7) und elektromotorischem Antrieb (17), umfassend: Zuführen von Reaktanten (H2, O2) zu einer Brennstoffzelle (9) des Brennstoffzellensystems (7), wobei die Brennstoffzelle (9) dazu eingerichtet ist, in einem veränderlichen Arbeitspunkt (A1…An) betrieben zu werden, Ansteuern der Brennstoffzelle (9) derart, dass mittels Umsetzung der zugeführten Reaktanten (H2, O2) elektrische Energie bei einer Leistung (P) erzeugt wird, Zwischenspeichern der erzeugten elektrischen Energie bei entsprechender Leistung (P) in einem Pufferspeicher (15), und Antreiben des elektromotorischen Antriebs (17) unter Entnahme elektrischer Energie bei entsprechender Leistung (Pr) aus dem Pufferspeicher (15). Es wird vorgeschlagen, dass das Verfahren ferner umfasst: Ermitteln von Gewichtsinformationen (G), die repräsentativ für den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs (1) sind, und Anpassen des Arbeitspunkts (A1 … An) in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen (G).

Description

Verfahren zum Betrieb eines Nutzfahrzeugs mit Brennstoffzellensystem und elektromotorischem Antrieb, sowie Nutzfahrzeug mit selbigem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Nutzfahrzeugs mit Brennstoffzellensystem und elektromotorischem Antrieb, umfassend ein Zuführen von Reaktanten zu einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems, wobei die Brennstoffzelle dazu eingerichtet ist, in einem veränderlichen Arbeitspunkt betrieben zu werden, ein Ansteuern der Brennstoffzelle zum Betrieb in einem vorbestimmten Arbeitspunkt derart, dass mittels Umsetzung der zugeführten Reaktanten elektrische Energie bei einer Erzeugungs-Leistung erzeugt wird, ein Zwischenspeichern der von der Brennstoffzelle erzeugten elektrischen Energie in einem Pufferspeicher, und ein Antreiben des elektromotorischen Antriebs unter Entnahme elektrischer Energie mit einer Anforderungs-Leistung aus dem Pufferspeicher.
Hierbei wird unter der Erzeugungs-Leistung diejenige Leistung verstanden, welche die Brennstoffzelle in ihrem Betrieb bereitstellt. Unter der Anforderungs- Leistung wird diejenige Leistung verstanden, welche der elektromotorische Antrieb von dem Pufferspeicher als Verbraucher anfordert.
Verfahren zum Betrieb von Nutzfahrzeugen sind allgemein bekannt. Einer der Hauptgründe für das vorbeschriebene Verfahren und vorbeschriebene Layout der Nutzfahrzeuge mit einer Brennstoffzelle und einem zwischen Elektromotor und Brennstoffzelle zwischengeschalteten Pufferspeicher liegt darin, dass die Brennstoffzelle aus technischen Gründen nicht beliebig starken Belastungsänderungen, und damit Änderungen der Anforderungs-Leistung, ausgesetzt werden kann. Brennstoffzellen lassen sich an effizientesten betreiben mit möglichst konstanten Betriebsparametern, das heißt unter anderem Betriebstemperaturen, Drücken, und zugeführten Reaktantenmengen. Längerer Betrieb der Brennstoffzellensysteme bei hohen Erzeugungs- Leistungen und damit hohen Arbeitspunkten ist der Lebensdauer der Brennstoffzelle genauso abträglich wie ständige und abrupte Änderungen der Arbeitspunkte.
Im Betrieb des Nutzfahrzeuges kommt es nicht nur aufgrund von Beschleunigungsvorgängen zu abrupten Anstiegen der Anforderungs-Leistung der elektromotorischen Antriebe, sondern auch aufgrund von geänderten Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise geänderten Streckentopografien.
Diesen geänderten Leistungsanforderungen kann zum Antrieb der Nutzfahrzeuge dadurch Rechnung getragen werden, dass die Brennstoffzelle mit einem höheren Arbeitspunkt angesteuert wird, wobei die dadurch auftretenden Belastungen und Einschränkungen der Lebensdauer der Brennstoffzelle als Nachteil empfunden werden.
Der Erfindung lag damit die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile möglichst weitgehend abzumildern. Insbesondere lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das vorbezeichnete Verfahren dahingehend zu verbessern, dass die Lebensdauer der Brennstoffzelle erhöht wird, ohne die Betriebseigenschaften des Nutzfahrzeugs nachteilig zu beeinflussen.
Die Erfindung löst die Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art, indem sie vorschlägt, dass das Verfahren ferner umfasst: Ermitteln von Gewichtsinformationen, die repräsentativ für den Beladungsvorgang des Nutzfahrzeugs sind, und Anpassen des Arbeitspunkts in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen. Die Erfindung beruht auf dem Ansatz, dass bei einem Nutzfahrzeug nicht nur grundsätzlich höhere Fahrzeugmassen zu bewegen sind als bei einem Pkw, der vergleichsweise dynamisch bewegt werden kann, sondern dass sich die Gesamtmasse des Fahrzeugs auch in Abhängigkeit des Beladungszustands des Nutzfahrzeugs drastisch ändert, in der Regel um deutlich mehr als 100%. Im Stand der Technik ist beobachtet worden, dass bei höheren Lastanforderungen, beispielsweise bei Beschleunigungsvorgängen oder an Steigungen, bei voller Beladung des Nutzfahrzeugs ein starker Anstieg der Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs eine deutlich schnellere Entladung des Pufferspeichers auftritt, was ein entsprechend heftiges Nachregeln des Arbeitspunkts der Brennstoffzelle, zum Anpassen der Erzeugungs-Leistung, erforderlich machte. Dies belastete sowohl den Pufferspeicher als auch die Brennstoffzelle stark. Hier setzt die Erfindung an, indem sie für den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs repräsentative Gewichtsinformationen aktiv abfragt und den Arbeitspunkt in Abhängigkeit der Gewichtsinformationen anpasst. Damit wird berücksichtigt, dass das Nutzfahrzeug in voll beladenem Zustand ein entsprechend der Beladung höheres Anforderungsniveau an die zu erzeugende elektrische Energie stellt als ein unbeladenes Nutzfahrzeug. Indem die Erfindung den Arbeitspunkt grundsätzlich in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen anpasst, kann die Brennstoffzelle kontinuierlich auf einem dem Gewicht angepassten (höheren oder geringeren) Leistungsniveau betrieben werden, so dass die Notwendigkeit, akut starke Sprünge in den Arbeitspunkten bewältigen zu müssen, abnimmt. Die Lebensdauer der Brennstoffzelle und des Pufferspeichers werden hierdurch verlängert, ohne dass Abstriche beim Betrieb des Nutzfahrzeugs gemacht werden müssen.
Das Verfahren wird in einer bevorzugten Ausführungsform weitergebildet, indem es den Schritt umfasst:
- Anpassen des Arbeitspunkts der Brennstoffzelle gemäß einer Betriebsstrategie, wobei die Betriebsstrategie einen zeitlichen Verlauf, und entlang des zeitlichen Verlaufs variierende Arbeitspunkte zur Ansteuerung der Brennstoffzelle aufweist, und wobei die Arbeitspunkte in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen angepasst werden. Betriebsstrategien werden auch zu anderen Regelungszwecken im Betrieb von Nutzfahrzeugen bereits eingesetzt. Sie können erstellt werden, weil in der Regel bereits vor Fahrtbeginn bekannt ist, wie das Nutzfahrzeug über den bevorstehenden zeitlichen Verlauf bewegt werden soll, und welchen Belastungen es während dieses zeitlichen Verlaufs zumindest im Regelfall ausgesetzt sein wird. Der Beladungszustand des Nutzfahrzeugs schlägt sich auf alle Arbeitspunkte entlang des zeitlichen Verlaufs nieder, weswegen er in die gesamte Betriebsstrategie über die ermittelten Gewichtsinformationen einbezogen werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
- Ermitteln von Streckeninformationen entlang des zeitlichen Verlaufs, und
- Anpassen der Arbeitspunkte in Abhängigkeit der ermittelten Streckeninformationen.
Die Streckeninformationen bilden einen Teil der Betriebsstrategie. Wenn bereits vor Fahrtbeginn bekannt ist, dass das Nutzfahrzeug nach etwa einer Betriebsstunde eine längere Steigung überwinden muss, beispielsweise eine Passstraße, dann kann im Rahmen der Betriebsstrategie bereits vorab geplant werden, dass für den damit zusammenhängenden Abschnitt des zeitlichen Verlaufs der Arbeitspunkt entsprechend angepasst wird. Die Anpassung des Arbeitspunkts kann dann vorausschauend und allmählicher erfolgen, als es bei einer unvorbereiteten Fahrt über diesen Streckenabschnitt im Stand der Technik möglich gewesen wäre.
Vorzugsweise umfassen die Streckeninformationen eines, mehrere oder sämtliche der Folgenden:
- Streckentopografie,
- Verkehrsdichteinformationen,
- Straßenbelagsinformationen,
- Meteorologie-Informationen.
Die Streckentopografie fließt vorzugsweise dergestalt in die Betriebsstrategie ein, dass unterschiedliche Steigungen und Gefälle entlang des zeitlichen Verlaufs jeweils mit dafür angepassten individuellen Arbeitspunkten korrelieren, die im Rahmen der Betriebsstrategie, vorzugsweise mit einer Glättung, so stetig wie möglich durchfahren werden können. Auf diese Weise treffen Besonderheiten entlang der Strecke, etwa Steigung und Gefälle, das Brennstoffzellensystem nicht mehr unvorbereitet.
Verkehrsdichteinformationen können dergestalt in die Betriebsstrategie einfließen, dass die Arbeitspunkte für Zeitabschnitte entlang des zeitlichen Verlaufs, in denen mit Stau, Stop-and-Go-Verkehr oder auch Bereichen mit geringer Verkehrsdichte und hoher Durchschnittsgeschwindigkeit geeignete Arbeitspunkte für die erwartete Anforderungs-Leistung zugewiesen werden.
In ähnlicher Weise können die Straßenbelagsinformationen in die Betriebsstrategie eingeflochten werden, indem für Zeitabschnitte entlang des zeitlichen Verlaufs, in denen beispielsweise das Nutzfahrzeug über Straßenbelege mit hohem Rollwiderstand bewegt werden muss, beispielsweise im Off- Highway- Bereich, entsprechende Anpassungen der Arbeitspunkte für erhöhte oder verringerte Lastanforderungen zugewiesen werden. Meteorologieinformationen können dergestalt in die Betriebsstrategie eingeflochten werden, dass die Arbeitspunkte des Brennstoffzellensystems an Temperaturschwankungen und Luftdruckschwankungen angepasst werden können, die in bestimmten Zeitabschnitten des vorstehen bezeichneten Verlaufs zu erwarten sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird im Lichte des Vorstehenden das Verfahren weitergebildet mit dem Schritt:
- Ermitteln einer Änderung der Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs entlang des zeitlichen Verlaufs in Abhängigkeit der Gewichtsinformationen, und vorzugsweise zusätzlich in Abhängigkeit der Streckeninformationen. Beispielsweise kann die Gewichtsinformation als proportionaler Korrekturfaktor für ein Betriebskennfeld des Brennstoffzellensystems verwendet werden.
Vorzugsweise wird bzw. werden für Zeitabschnitte entlang des zeitlichen Verlaufs mit einer erhöhten Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs der bzw. die Arbeitspunkte derart angehoben, dass ihr Anheben dem Ansteigen der Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs zeitlich vorauseilt. Mit anderen Worten kann die Brennstoffzelle gewissermaßen in Vorbereitung auf einen Zeitabschnitt mit erhöhter Leistungsanforderung bereits präventiv die Arbeitspunkte anheben, und zwar gemäß den ihr vorliegenden Gewichtsinformationen auch ausreichend skaliert. Durch das zeitliche Vorauseilen wird das sprunghafte Ansteigen der Belastung auf die Brennstoffzelle vermieden, und es kann ein stetigerer Verlauf in der Veränderung der Arbeitspunkte erreicht werden, was der Lebensdauer der Brennstoffzelle zugutekommt.
In gleicher Weise kann alternativ oder zusätzlich für Zeitabschnitte entlang des zeitlichen Verlaufs mit einer verringerten Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs der oder die Arbeitspunkte derart gesenkt werden, dass ihr Absinken der Verringerung der Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs zeitlich vorauseilt. Alternativ oder zusätzlich wird für Zeitabschnitte entlang des zeitlichen Verlaufs mit einer verringerten Anforderungs-Leistung der oder die Arbeitspunkte derart gesenkt, dass ihr Absinken der Verringerung der Anforderungs-Leistung zeitlich nacheilt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Gewichtsinformationen die Gesamtmasse des Nutzfahrzeugs, und das Ermitteln der Gewichtsinformationen umfasst ein Erfassen einer resultierenden Fahrzeugbeschleunigung bei einer vorbestimmten Antriebsleistung des elektromotorischen Antriebs, und ein Berechnen der Gewichtsinformationen als Funktion der Fahrzeugbeschleunigung. Vorzugsweise erfolgt die Berechnung mittels der Newtonschen Axiome, insbesondere mittels des zweiten newtonschen Axioms F= m x a, wobei F die Antriebskraft ist, m die Fahrzeugmasse, und a die Beschleunigung. Vorzugsweise wird hierzu die tatsächlich umgesetzte Antriebsleistung des elektromotorischen Antriebs, und damit die Antriebskraft, welche für die Fahrzeugbeschleunigung a verantwortlich ist, erfasst. Die vom Antrieb umgesetzte Antriebsleistung ist entspricht der Anforderungs-Leistung abzüglich aller Leistungsverluste, die durch die Wandlung elektrischer Energie in mechanische Arbeit systematisch im elektromotorischen Antrieb auftreten. Bei Kenntnis der Verlustleistung, oder hinreichend genauer Schätzung, kann zur Ermittlung der Antriebskraft auch die Anforderungs-Leistung verwendet werden und etwa mit einem vorbestimmten Abschlagsfaktor verrechnet werden, welcher die Verluste charakterisiert. Vorzugsweise wird aber die tatsächlich umgesetzte Leistung des elektromotorischen Antriebs verwendet. Die Antriebskraft kann beispielsweise mittels Auslesen des Motormoments vom elektromotorischen Antrieb ermittelt werden. Die Beschleunigung wird vorzugsweise mittels eines oder mehrerer Beschleunigungssensoren ermittelt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Nutzfahrzeug ein Luftfahrwerk mit mehreren Luftfedern auf, die Gewichtsinformation umfasst die Zuladung des Nutzfahrzeugs, und das Ermitteln der Gewichtsinformationen umfasst: Erfassen eines Luftdrucks und/oder einer Zunahme der Luftdrücke in den Luftfedern, und Berechnen der Gewichtsinformationen als Funktion der Zunahme des jeweiligen Luftdrucks. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Verfahren ein Plausibilisieren der ermittelten Gewichtsinformationen mittels des Erfassens des Luftdrucks der Luftfedern.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Ermitteln der Gewichtsinformationen ein Erfassen von Kenngrößensignalen, die repräsentativ für den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs sind, ein Bestimmen der Gewichtsinformationen in Abhängigkeit dieser Kenngrößensignale. Die Kenngrößensignale können wie vorstehend beschrieben Beschleunigungsdaten oder Druckdaten sein, es können aber beispielsweise auch Weg- oder Winkeländerungssignale sein, die von Sensoreinrichtungen des Nutzfahrzeugs als Funktion einer gewichtsbedingten Relativbewegung zwischen Fahrzeugaufbau und Fahrwerk erfasst werden.
Vorzugsweise weist das Nutzfahrzeug eine Zugmaschine und einen Anhänger auf, und die Gewichtsinformationen werden separat für die Zugmaschine und den Anhänger, oder alternativ gemeinsam, ermittelt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, in der das Nutzfahrzeug die Zugmaschine und den Anhänger aufweist, sind die Zugmaschine und der Anhänger mittels einer Anhängerkupplung reversibel lösbar miteinander verbunden, und das Verfahren umfasst:
- Ermitteln eines Kopplungszustands der Anhängerkupplung, und:
- in gekoppeltem Zustand Zuweisen eines pauschalen Gewichtswerts zu den Gewichtsinformationen, welcher repräsentativ für eine vergebene Masse des Anhängers ist, oder Anheben der Arbeitspunkte um einen vorbestimmten Wert unabhängig von den Gewichtsinformationen, beispielsweise in einem Bereich von 10% oder mehr insbesondere 20% oder mehr; und/oder;
- in entkoppeltem Zustand Zuweisen eines Gewichtswertes, der einem parametrierten Fahrzeuggewicht entspricht.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der deutlich vereinfachten Datenverarbeitung. Die Gewichtsklassen der Anhänger sind einfach zu ermitteln und sorgen in vielen Betriebsszenarien für ein ausreichendes Anpassen der Betriebsstrategie des Brennstoffzellensystems, auch ohne, dass eine genaue Gewichtsbestimmung vorgenommen wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Nutzfahrzeug ein Kühlsystem auf, das dazu eingerichtet ist, aus dem Brennstoffzellensystem mittels einer Kühlleistung Wärmeenergie abzuführen, und das Verfahren weist ferner den Schritt auf:
- Anpassen der Kühlleistung in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen.
Wenn das Nutzfahrzeug mit höherer Beladung betrieben wird, muss das Brennstoffzellensystem grundsätzlich mehr Leistung liefern und erfordert folglich auch mehr Kühlleistung. Da die Kühlleistung mit der abzurufenden Leistung des Brennstoffzellensystems korreliert und damit auch mit dem Beladungszustand des Nutzfahrzeugs korreliert, wird durch das Einbeziehen der Gewichtsinformation in das Anpassen der Kühlleistung die Performance und zugleich die Betriebssicherheit des Brennstoffzellensystems vorteilhaft beeinflusst.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Nutzfahrzeug dazu eingerichtet, in einem Rekuperationsmodus den elektromotorischen Antrieb als Generator anzusteuern, um mittels einer Rekuperationsleistung elektrische Energie entsprechend einer Rekuperationsleistung rückzugewinnen und dem Pufferspeicher zuzuführen, und das Verfahren umfasst ferner ein Anpassen der Rekuperationsleistung in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen. Genauso wie das Nutzfahrzeug mehr Leistung anfordert, wenn es bei höherer Beladung eine Steigung überwinden muss, kann auch mehr Energie rekuperiert werden, wenn ein Fahrzeug mit höherer Beladung ein Gefälle hinabfährt. Unter Berücksichtigung der Gewichtsinformationen, und vorzugsweise der Streckeninformationen, kann also auch der Lastpunkt für die Brennstoffzelle nach unten verschoben werden und die Ansteuerung des elektromotorischen Antriebs als Generator entsprechend angepasst werden.
Die Erfindung ist in einem ersten Aspekt anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Nutzfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem und einem elektromotorischen Antrieb, mit einer Brennstoffzelle, die zur Aufnahme von Reaktanten eingerichtet und in einem veränderlichen Arbeitspunkt betreibbar ist, einer Steuereinrichtung, die signalleitend mit der Brennstoffzelle verbunden und dazu eingerichtet ist, die Brennstoffzelle zum Betrieb in einem vorbestimmten Arbeitspunkt derart anzusteuern, dass mittels Umsetzung der zugeführten Reaktanten elektrische Energie bei einer Erzeugungs-Leistung erzeugt wird, einem Pufferspeicher, der dazu eingerichtet ist, die erzeugte elektrische Energie zwischenzuspeichern, wobei der elektromotorische Antrieb dazu eingerichtet ist, unter Entnahme elektrischer Energie aus dem Pufferspeicher mit einer Anforderungs-Leistung angetrieben zu werden.
Die Erfindung löst die zugrundeliegende Aufgabe bei einem solchen Nutzfahrzeug, indem das Nutzfahrzeug Mittel zum Ermitteln von Gewichtsinformationen aufweist, wobei die Gewichtsinformationen repräsentativ für den Beladungszustand des Fahrzeugs sind, und dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, den Arbeitspunkt in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen anzupassen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, das Verfahren gemäß den vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen auszuführen.
Die Erfindung macht sich diesbezüglich dieselben Vorteile zunutze wie das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
Die bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens sind somit zugleich bevorzugte Ausführungsformen des Nutzfahrzeugs und umgekehrt. Insoweit wird ergänzend auch auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Die Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt wird dementsprechend vorzugsweise weitergebildet, indem die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, eine, mehrere oder sämtliche der folgenden Funktionen auszuführen:
- Anpassen des Arbeitspunkts der Brennstoffzelle gemäß einer Betriebsstrategie, wobei die Betriebsstrategie einen zeitlichen Verlauf, und entlang des zeitlichen Verlaufs variierende Arbeitspunkte zur Ansteuerung der Brennstoffzelle aufweist, und wobei die Arbeitspunkte in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen angepasst werden;
- Ermitteln von Streckeninformationen entlang des zeitlichen Verlaufs, und Anpassen der Arbeitspunkte in Abhängigkeit der ermittelten Streckeninformationen, wobei vorzugsweise die Streckeninformationen eines, mehrere oder sämtliche der Folgenden umfassen:
- Streckentopografie,
- Verkehrsdichteinformationen,
- Straßenbelagsinformationen,
- Meteorologie-Informationen;
- Ermitteln eines entlang des zeitlichen Verlaufs variierenden Leistungsbedarfs des elektromotorischen Antriebs in Abhängigkeit der Gewichtsinformationen, und vorzugsweise zusätzlich in Abhängigkeit der Streckeninformationen; wobei vorzugsweise für Zeitabschnitte entlang des zeitlichen Verlaufs mit einer erhöhten Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs die Arbeitspunkte derart angehoben werden, dass ihr Anheben dem Ansteigen der Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs zeitlich vorauseilt, und/oder wobei vorzugsweise für Zeitabschnitte entlang des zeitlichen Verlaufs mit einer verringerten Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs die Arbeitspunkte derart gesenkt werden, dass ihr Absinken der Verringerung der Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs zeitlich vorauseilt; -Erfassen einer resultierenden Fahrzeugbeschleunigung bei einer bekannten Antriebsleistung des elektromotorischen Antriebs, und Berechnen der Gewichtsinformationen als Funktion der Fahrzeugbeschleunigung, wobei die Gewichtsinformationen die Gesamtmasse des Nutzfahrzeugs umfassen;
- Erfassen einer Zunahme von Luftdrücken in Luftfedern, und Berechnen der Gewichtsinformationen als Funktion der Zunahme des jeweiligen Luftdrucks, wobei das Nutzfahrzeug ein Luftfahrwerk mit den Luftfedern aufweist, und die Gewichtsinformationen die Zuladung des Nutzfahrzeugs umfassen;
- Ermitteln der Gewichtsinformationen separat für eine Zugmaschine und einen Anhänger, oder gemeinsam, wobei das Nutzfahrzeug die Zugmaschine und den Anhänger aufweist;
- Ermitteln eines Kopplungszustands einer Anhängerkupplung, und in gekoppeltem Zustand Zuweisen eines pauschalen Gewichtswerts zu den Gewichtsinformationen, welcher repräsentativ für eine vergebene Masse des Anhängers ist, oder Anheben der Arbeitspunkte um einen vorbestimmten Wert unabhängig von den Gewichtsinformationen;
- Anpassen einer Kühlleistung in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen, wobei das Nutzfahrzeug ein Kühlsystem aufweist, das dazu eingerichtet ist, aus dem Brennstoffzellensystem mittels der Kühlleistung Wärmeenergie abzuführen;
- Anpassen einer Rekuperationsleistung in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen, wobei das Nutzfahrzeug dazu eingerichtet ist, in einem Rekuperationsmodus den elektromotorischen Antrieb als Generator anzusteuern, um entsprechend der Rekuperationsleistung elektrische Energie rückzugewinnen und dem Pufferspeicher zuzuführen. In einer bevorzugten Ausführungsform des Nutzfahrzeugs weist das Brennstoffzellensystem eine Brennstoffzellensteuerung auf, und die Steuereinrichtung ist partiell oder vollständig in die Brennstoffzellensteuerung integriert. Die Integration kann hardwaremäßig oder softwaremäßig erfolgen. Die Steuereinrichtung kann alternativ oder partiell zusätzlich als dediziertes Steuergerät ausgebildet sein, oder als distribuierte Anordnung mehrerer Steuergeräte, die jeweils eine oder mehrere der vorstehend bezeichneten Funktionen ausführen.
Die Datenverarbeitungseinheit kann eine dedizierte Hardwareeinheit mit einer oder mehreren Datenschnittstellen zum Empfang und zur Ausgabe von Daten, einem Prozessor, vorzugsweise einem Datenspeicher aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung, vorzugsweise mittels einer Datenschnittstelle und eines Datenkommunikationsnetzwerk des Nutzfahrzeugs, mit der Datenverarbeitungseinheit verbunden, und dazu eingerichtet, mittels der Datenschnittstelle die Gewichtsinformationen, und/oder Informationselemente zur Ermittlung der Gewichtsinformationen zu empfangen und weist ferner einen Prozessor auf, um die erhaltenen Informationen beziehungsweise Informationselemente zu verarbeiten, insbesondere in einem Verfahren nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, beziehungsweise mittels einer, mehrerer oder sämtlicher der vorstehend beschriebenen Funktionen.
Die Informationselemente umfassen insbesondere die vorstehend beschriebenen Kenngrößensignale, die repräsentativ für den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs sind.
Die Datenverarbeitungseinheit ist in bevorzugten Ausführungsformen dazu eingerichtet, von einem oder mehreren Sensoreinrichtungen Kenngrößensignale zu empfangen, die repräsentativ für den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs sind, und in Abhängigkeit dieser Kenngrößensignale die Gewichtsinformation zu bestimmen. Diesbezüglich wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Erläuterungen zum Verfahren verwiesen. Das Datenkommunikationsnetzwerk kann beispielsweise ein Bus-System aufweisen, etwa einen CAN-Bus.
Alternativ kann die Datenverarbeitungseinheit in die Steuereinrichtung integriert sein.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Nutzfahrzeugs gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Betriebsstrategie für den Betrieb des Nutzfahrzeugs gemäß Fig. 1 .
In Fig. 1 ist ein Nutzfahrzeug 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das Nutzfahrzeug 1 weist eine Zugmaschine 3 und einen Anhänger 4 auf, die mittels einer Anhängerkupplung 5 reversibel lösbar miteinander gekoppelt sind.
Das Nutzfahrzeug 1 weist ferner ein Brennstoffzellensystem 7 auf, exemplarisch dargestellt als Bestandteil der Zugmaschine 3. Dies ist nicht notwendigerweise der Fall. Das Brennstoffzellensystem 7 umfasst eine Brennstoffzelle 9, die anodenseitig mit einem Wasserstoffreservoir 11 fluidleitend verbunden ist, und kathodenseitig mit einer Luftzufuhr 13, die beispielsweise dazu eingerichtet ist, Umgebungsluft zuzuführen.
Die Brennstoffzelle 9 ist dazu eingerichtet, die ihr zugeführten Reaktanten H2, O2 umzusetzen und mit einer Erzeugungs-Leistung P elektrische Energie zu erzeugen. Es muss hierbei kein reiner Sauerstoff zugeführt werden, sondern es können auch sauerstoffhaltige Stoffgemische wie etwa Umgebungsluft zugeführt werden.
Die Brennstoffzelle 9 ist elektrisch leitend mit einem Pufferspeicher 15 verbunden und dazu eingerichtet, abhängig von der Erzeugungs-Leistung P, die sie bereitstellt, elektrische Energie in dem Pufferspeicher 15 zwischenzuspeichern.
Der Pufferspeicher 15 ist elektrisch leitend mit einem elektromotorischen Antrieb 17 verbunden. Der elektromotorische Antrieb 17 weist eine elektrische Maschine 19 auf, die sowohl als Elektromotor als auch als Generator ansteuerbar ist. In einem normalen Betriebsmodus wird die elektrische Maschine 19 als Elektromotor angesteuert und sorgt für den Vortrieb des Nutzfahrzeugs 1 . Zum Antrieb des elektromotorischen Antriebs 17 benötigt dieser eine Anforderderungs-Leistung Pr, und die von der Anforderungs- Leistung Pr abhängige nötige elektrische Energie wird aus dem Pufferspeicher 15 entnommen. Der elektromotorische Antrieb 17 ist also dazu eingerichtet, unter Entnahme elektrischer Energie aus dem Pufferspeicher 15 angetrieben zu werden. In einem Rekuperationsmodus ist die elektrische Maschine 19 als Generator ansteuerbar und sorgt für eine Rückgewinnung elektrischer Energie und Zwischenspeicherung im Pufferspeicher 15.
Die Brennstoffzelle 9 ist fluidleitend mit einem Kühlsystem 21 verbunden, wobei das Kühlsystem 21 dazu eingerichtet ist, mittels Zirkulation eines Kühlmediums unter Aufbringen einer Kühlleistung K der Brennstoffzelle 9, und optional weiteren Komponenten des Brennstoffzellensystems, Wärme zu entziehen.
Die Brennstoffzelle 9 ist bei veränderlichen Arbeitspunkten Ai ...An betreibbar und weist zu diesem Zweck eine Steuereinrichtung 23 auf, welche signalleitend mit der Brennstoffzelle 9 verbunden und dazu eingerichtet ist, die Brennstoffzelle 9 zum Betrieb in einem vorbestimmten Arbeitspunkt Ai ...An derart anzusteuern, dass mittels Umsetzung der zugeführten Reaktanten H2, O2 elektrische Energie erzeugt wird. Das Nutzfahrzeug 1 weist ferner eine Datenverarbeitungseinheit 25 zum Ermitteln von Gewichtsinformationen G auf, wobei die Gewichtsinformationen G repräsentativ für den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs 1 sind. Die Datenverarbeitungseinheit 25 ist in Fig. 1 als dedizierte Hardwareeinheit dargestellt. Sie kann aber auch in die Steuereinrichtung 23 integriert sein.
Die Steuereinrichtung 23 ist dazu eingerichtet, den Arbeitspunkt Ai...An in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen G anzupassen. Sofern die Datenverarbeitungseinheit 25 und die Steuereinrichtung 23 eigenständige Einheiten sind, ist zur Kommunikation zwischen den der Datenverarbeitungseinheit 25 und der Steuereinrichtung 23 vorzugsweise ein Datenkommunikationsnetzwerk 27 vorgesehen, welches beispielsweise einen CAN-Bus 29 aufweisen kann, und mit dem sowohl die Steuereinrichtung 23 als auch die Datenverarbeitungseinheit 25 zur Ermittlung der Gewichtsinformationen G signalleitend verbunden sind. Alternativ dazu wäre auch eine direkte Verbindung denkbar.
Die Datenverarbeitungseinheit 25 zur Ermittlung der Gewichtsinformationen G ist dazu eingerichtet, die Gewichtsinformationen G bereitzustellen. Dazu ist die Datenverarbeitungseinheit 25 dazu eingerichtet, von einer oder mehreren (nicht dargestellten) Sensoreinrichtungen Informationselemente E, insbesondere Kenngrößensignale, zu empfangen, die repräsentativ für den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs sind, und in Abhängigkeit dieser Kenngrößensignale die Gewichtsinformation zu bestimmen. Die Kenngrößensignale können etwa Daten, die repräsentativ für Beschleunigungswerte, Drücke und dergleichen umfassen, siehe unten.
Die elektronische Steuereinrichtung 23 weist vorzugsweise einen oder mehrere Prozessoren 33 zur Datenverarbeitung auf, sowie weiter vorzugsweise einen Datenspeicher 35, in dem die Befehle zum Steuern des Brennstoffzellensystems 7 gespeichert sind. Die elektronische Steuereinrichtung 23 kann ein dediziertes Steuergerät sein, oder kann hardwaremäßig und/oder softwaremäßig in eine vorhandene Brennstoffzellensteuerung der Brennstoffzelle 9 integriert sein. Alternativ kann die Steuereinrichtung 23 in ein Bremssteuergerät (EBS) der Zugmaschine 3 oder ein Bremssteuergerät (TEBS) des Anhängers 4 integriert sein.
Die Steuereinrichtung 23 weist zur Kommunikation mit dem Datenkommunikationsnetzwerk 27 eine Datenschnittstelle 37 auf.
Das Nutzfahrzeug 1 weist optional ein Luftfahrwerk 39 mit einer oder mehreren Luftfedern 41 auf, die der Zugmaschine 3 und/oder dem Anhänger 4 zugeordnet sein können.
Nachdem vorstehend der strukturelle Aufbau des Nutzfahrzeugs 1 erläutert wurde, wird im Folgenden auf die Verwendung des Nutzfahrzeugs 1 bzw. des Brennstoffzellensystems 7 eingegangen.
Soll das Nutzfahrzeug 1 bewegt werden, ist es nötig, dem elektromotorischen Antrieb 17 elektrische Energie zuzuführen. Es wird zur Ansteuerung des elektromotorischen Antriebs 17 eine Anforderungs-Leistung Pr angefordert und vom Pufferspeicher 15 bereitgestellt. Damit es nicht zu einer Entleerung des Pufferspeichers 15 kommt, weist die Steuereinrichtung 23, die signalleitend mit dem elektromotorischen Antrieb 17 und der Brennstoffzelle 9 verbunden ist, die Brennstoffzelle 9 an, zur Aufrechterhaltung des Ladezustands des Pufferspeichers 15 eine Erzeugungs-Leistung P bereitzustellen und elektrische Energie zu erzeugen. Hierzu wird über das Einstellen der Betriebsparameter der Brennstoffzelle 9, unter anderem des erforderlichen Reaktantengleichgewichts und der erforderlichen Reaktanten-Stoffmenge, ein Arbeitspunkt Ai ... An der Brennstoffzelle 9 eingestellt, und es wird entsprechend dieses Arbeitspunkts Ai ... An elektrische Energie an den Pufferspeicher 15 geliefert. In die Ermittlung eines korrekten Arbeitspunkts Ai ...An wird erfindungsgemäß zudem die Gewichtsinformation G einbezogen, welche der Steuereinrichtung 23, vorzugsweise über ihre Datenschnittstelle 37, zur Verfügung gestellt wird. Die Kenntnis der Gewichtsinformationen G erlaubt es, den Arbeitspunkt Ai ... An von vornherein bereits auf ein Niveau einzustellen, welches der tatsächlichen Fahrzeugmasse, bzw. dem tatsächlichen Beladungszustand des Fahrzeugs, angemessen ist. Dies ist exemplarisch verdeutlicht in Fig. 2.
In Fig. 2 ist schematisch ein zeitlicher Verlauf t für eine Anforderungs-Leistung Pr,i für ein unbeladenes Nutzfahrzeug 1 dargestellt, und darüber schematisch ein zeitlicher Verlauf einer Anforderungs-Leistung Pr i für ein voll beladenes Nutzfahrzeug. Aufgrund der höheren Fahrzeugbeladung ist zum Betrieb des Fahrzeuges mit Prji eine höhere Anforderungs-Leistung notwendig, und durch das Berücksichtigen dieser Gewichtsinformationen kann für die Anforderungs- Leistung Prji der erste Arbeitspunkt Ai bereits höher eingestellt werden als es notwendig wäre, wenn das Fahrzeug nur leer fährt, wie durch die Anforderungs- Leistung Pr,i angedeutet.
Bei einem nichtprädiktiven System würde die Brennstoffzelle bei einem konstanten Arbeitspunkt arbeiten, und erst, wenn die Anforderungs-Leistung Pr des elektromotorischen Antriebs stiege, und der Ladezustand des Pufferspeichers 15 sich änderte, würde die Brennstoffzelle als Reaktion auf die geänderte Lastanforderung zu einem Betrieb bei einem erhöhten Arbeitspunkt übergehen und eine höhere Erzeugungs-Leistung P bereitstellen.
Im Unterschied dazu schlägt die Erfindung vor, die Arbeitspunkte Ai ... An auch während des Betriebs des Nutzfahrzeugs in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen G anzupassen, nämlich anhand einer Betriebsstrategie S(t).
So ist im Rahmen der Betriebsstrategie S(t) der zeitliche Verlauf Pr.i bzw. Pr,n der Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs vorbekannt und in die Steuereinrichtung 23 eingepflegt, beispielsweise in deren Datenspeicher 35 hinterlegt. Es ist insbesondere die entlang des zeitlichen Verlaufs zurückzulegende Strecke bekannt, welche die Anforderungs-Leistung Pr prägt. Zusammen mit den Gewichtsinformationen G des Fahrzeugs kann gut abgeschätzt werden, zu welchem Zeitpunkt entlang des zeitlichen Verlaufs einer bevorstehenden Fahrt eine erhöhte Leistung vom elektromotorischen Antrieb 17 angefordert werden wird, in den Beispielen der Fig. 2 zwischen ti und t2. Auf der Basis kann der Arbeitspunktverlauf Ai ...An der Brennstoffzelle verändert werden.
Die Stärke des Anstiegs der Anforderungs-Leistung Pr des elektromotorischen Antriebs 17 und damit der Anpassungsbedarf an die Erzeugungs-Leistung der Brennstoffzelle 9 ist wiederum abhängig vom Beladungszustand des Nutzfahrzeugs 1 , was durch die Ermittlung der Gewichtsinformationen G vorteilhaft abgebildet werden kann.
Wie in Fig. 2 zu sehen ist, fällt der Anstieg der Angeforderungs-Leistung Pr bei höherer Fahrzeugmasse entsprechend stärker ins Gewicht. Zur Veranschaulichung ist in Fig. 2 eine erste Rampe Ri dargestellt, welche die stärkste Anstiegsrate der Leistung öPi/öti der Brennstoffzelle eines unbeladenen Fahrzeugs kennzeichnet, sowie eine zweite Rampe RH, welche die stärkste Anstiegsrate der Leistung öPn/ötn der Brennstoffzelle eines beladenen Fahrzeugs kennzeichnet. Aufgrund des Einbeziehens der Gewichtsinformation G, vgl. Fig. 1 , kann die Anstiegsrate, d.h. die Steilheit der jeweiligen Rampe Ri bzw. RH, angemessen, aber flach genug gesteuert werden, so dass eine durch die Sprünge in der Angeforderungs-Leistung Pr potentiell auftretende Belastungsdynamik begrenzt werden, denn das Ausmaß des Sprungs der Angeforderungs-Leistung Pr ist durch die Ermittlung der Gewichtsinformationen G bereits bekannt, bevor der Sprung erfolgt.
Durch Einbeziehen der Betriebsstrategie S(t) kann diesem Rechnung getragen werden: Die Steuereinrichtung 23 beginnt bereits mit zeitlichem Vorlauf, nämlich vor dem Zeitpunkt ti, in Abhängigkeit der Gewichtsinformationen G die Arbeitspunkte Ai ...An anzuheben, um die Dynamik der Brennstoffzelle 9 zu begrenzen und dennoch ausreichend elektrische Energie an den Pufferspeicher 15 liefern zu können. In die Betriebsstrategie S(t) können zusätzlich zu den Gewichtsinformationen G als weitere Informationselemente E sämtliche Informationen eingebunden werden, die dem Datenkommunikationsnetzwerk 27 des Nutzfahrzeugs zur Verfügung stehen, und die sich auf die angeforderte Leistung Pr des elektromotorischen Antriebs 17 auswirken können, wie beispielsweise Streckeninformationen T entlang des zeitlichen Verlaufs, beispielsweise die Streckentopographie, Verkehrsdichteinformationen, Straßenbelagsinformationen oder Meteorologieinformationen. Die Streckeninformationen T liegen im Datenkommunikationsnetzwerk 27 vor und werden in allgemein bekannter Weise mittels (nicht dargestellter) Sensoren ermittelt oder manuell eingegeben.
Genauso wie entlang des zeitlichen Verlaufs eine steigende Anforderungs- Leistung ermittelt wird, so kann auch entlang des zeitlichen Verlaufs eine sinkende Anforderungs-Leistung ermittelt werden, so auch in Fig. 2 zum Zeitpunkt t2. Während beim Zeitpunkt ti der Leistungsbedarf, d.h. die Anforderungs-Leistung Pr, ansteigt, nimmt er im Zeitpunkt t2 ab. Im Vorliegenden Beispiel sinkt die Angeforderungs-Leistung Pr auf das Niveau vor dem Zeitpunkt ti ab.
Analog zum Steuerverfahren zuvor weist die Steuereinrichtung 23 die Brennstoffzelle 9, vorzugsweise zeitlich vorauseilend, an, die Arbeitspunkte An allmählich zu senken, vorzugsweise stetig, und dabei wiederum die Dynamik der Änderung der Arbeitspunkte der Brennstoffzelle 9 zu begrenzen.
Die Gewichtsinformationen werden vorzugsweise in der Datenverarbeitungseinheit 25 oder in der Steuereinrichtung 23 berechnet. Hierfür wird der jeweiligen Einheit, beispielsweise über das Datenkommunikationsnetzwerk 27, in einer bevorzugten Ausführungsform als Informationselement E eine repräsentative Kenngröße zu einer Fahrzeugbeschleunigung a übermittelt. Zusätzlich sollte vorzugsweise eine repräsentative Kenngröße zu der tatsächlich umgesetzten Antriebsleistung PA des elektromotorischen Antriebs 17, und damit die Antriebskraft, welche für die Fahrzeugbeschleunigung a verantwortlich ist, bekannt sein. Diese Information kann beispielsweise mittels Auslesen des Motormoments vom elektromotorischen Antrieb 17 bezogen werden.
PA wird abzüglich von Leistungsverlusten und somit abhängig vom Wirkungsgrad des elektromotorischen Antriebs der Angeforderungs-Leistung Pr entsprechen.
Aus der bekannten Antriebsleistung PA und der bekannten Fahrzeugbeschleunigung a kann die Gesamtmasse des Fahrzeugs als Gewichtsinformation G berechnet und für die Anpassung der Betriebsstrategie S(t) verwendet werden.
Besonders bevorzugt werden die Gewichtsinformationen mittels der Beziehung F=m x a ermittelt, wobei m die berechnete Gesamtmasse des Fahrzeugs ist, die Beschleunigung a sensorisch erfasst wird, und die Kraft F aus der Antriebsleistung, insbesondere dem Motormoment, ermittelt wird (s.o.).
Zur Ermittlung - oder zur Plausibilisierung - der Gewichtsinformationen G können erfindungsgemäß auch die Luftdrücke p in den Luftfedern 41 des Luftfahrwerks 39 ausgelesen werden. Über eine Luftdruckveränderung kann die Veränderung der Zuladung des Fahrzeugs festgestellt werden. Der Luftdruck p wird vorzugsweise als Kenngrößensignal der Datenverarbeitungseinheit 25 übermittelt und in der Datenverarbeitungseinheit 25 entsprechend verarbeitet.
Die Gewichtsinformationen G müssen nicht sensorisch ermittelt oder berechnet werden, sie können in einer alternativen bevorzugten Ausführungsform auch fahrzeugextern ermittelt werden, etwa in einer Fahrzeug-Waage, oder manuell eingegeben werden und der Steuereinrichtung 23, beispielsweise über das Datenkommunikationsnetzwerk 27, zur Verfügung gestellt werden. Eine weitere Möglichkeit der Einbeziehung der Gewichtsinformationen in die Betriebsstrategie S(t) kann so realisiert werden, dass der Kopplungszustand der Anhängerkupplung 5 zwischen der Zugmaschine 3 und dem Anhänger 4 von der Steuerungseinrichtung 23 überwacht wird. Ermittelt die Steuereinrichtung 23, dass die Anhängerkupplung 5 sich in ihrem Kopplungszustand befindet, wird für die Betriebsstrategie S(t) ein pauschaler Gewichtswert Gp für die Gewichtsinformationen G verwendet, der repräsentativ für eine Zugmaschine 3 mit einem Anhänger 4 mit einer definierten Beladung, etwa halbvoll oder voll, ist. Ermittelt die Steuereinrichtung 23, dass sich die Anhängerkupplung 5 in einem entkoppelten Zustand befindet, wird den Gewichtsinformationen G ein pauschaler Gewichtswert Gp zugewiesen, der repräsentativ für einen Betrieb der Zugmaschine 3 ohne Anhänger 4 ist. Diese Fallunterscheidung ist programmiertechnisch sehr leicht umzusetzen und führt bereits in den meisten Fahrsituationen zu einer funktionsfähigen Betriebsstrategie, die die Vorteile der Erfindung bereits zu einem hohen Grad erreicht.
Die Kenntnis der Gewichtsinformationen G kann nicht nur zum Anpassen der Arbeitspunkte Ai ...An der Brennstoffzelle 9 eingesetzt werden. Vorzugsweise steuert die Steuereinrichtung 23 in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen G zusätzlich die Kühlleistung K des Kühlsystems 21 , sodass auch bei den angepassten Arbeitspunkten eine adäquate Kühlung der Brennstoffzelle 9 und etwaiger weiterer Komponenten erfolgt.
Es sind vorstehend mehrere Möglichkeiten zur Ermittlung der Gewichtsinformationen G beschrieben worden. Die Erfindung kann unter Kombination mehrerer oder sämtlicher dieser Möglichkeiten genutzt werden, sie kann allerdings auch unter Auswahl nur einer dieser Möglichkeiten umgesetzt werden. BEZUGSZEICHENLISTE (TEIL DER BESCHREIBUNG)
I Nutzfahrzeug
3 Zugmaschine
4 Anhänger
5 Anhängerkupplung
7 Brennstoffzellensystem
9 Brennstoffzelle
I I Wasserstoffreservoir
13 Luftzufuhr
15 Pufferspeicher
17 Antrieb
19 elektrische Maschine
21 Kühlsystem
23 Steuereinrichtung
25 Datenverarbeitungseinheit (Ermittlung Gewichtsinformationen)
27 Datenkommunikationsnetzwerk
29 CAN-Bus
33 Prozessor
35 Datenspeicher
37 Datenschnittstelle
39 Luftfahrwerk
41 Luftfeder a Beschleunigung
(Ai, An) Arbeitspunkte
E Informationselement H2, O2 Reaktanten
G Gewichtsinformation:
GP pauschaler Gewichtswert
K Kühlleistung p Druck, Luftfeder
P Erzeugungs-Leistung, Brennstoffzelle
PA umgesetzte Antriebsleistung, elektromotorischer Antrieb
Pr Angeforderungs-Leistung, elektromotorischer Antrieb
S(t) Betriebsstrategie t zeitlicher Verlauf
T Streckeninformationen

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Betrieb eines Nutzfahrzeugs (1 ) mit Brennstoffzellensystem (7) und elektromotorischem Antrieb (17), umfassend:
- Zuführen von Reaktanten (H2, O2) zu einer Brennstoffzelle (9) des Brennstoffzellensystems (7), wobei die Brennstoffzelle (9) dazu eingerichtet ist, in einem veränderlichen Arbeitspunkt (Ai...An) betrieben zu werden,
- Ansteuern der Brennstoffzelle (9) derart, dass mittels Umsetzung der zugeführten Reaktanten (H2, O2) elektrische Energie bei einer Erzeugungs- Leistung (P) erzeugt wird,
- Zwischenspeichern der erzeugten elektrischen Energie in einem Pufferspeicher (15), und
- Antreiben des elektromotorischen Antriebs (17) unter Entnahme elektrischer Energie aus dem Pufferspeicher (15) mit einer Anforderungs-Leistung (Pr), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner umfasst:
- Ermitteln von Gewichtsinformationen (G), die repräsentativ für einen Beladungszustand des Nutzfahrzeugs (1 ) sind, und
- Anpassen des Arbeitspunkts (Ai ... An) in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen (G).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , umfassend den Schritt:
- Anpassen des Arbeitspunkts (Ai ... An) der Brennstoffzelle gemäß einer Betriebsstrategie (S), wobei die Betriebsstrategie (S) einen zeitlichen Verlauf (t), und entlang des zeitlichen Verlaufs (t) variierende Arbeitspunkte (Ai ... An) zur Ansteuerung der Brennstoffzelle (9) aufweist, und wobei die Arbeitspunkte (Ai ... An) in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen (G) angepasst werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, umfassend den Schritt:
- Ermitteln von Streckeninformationen (T) entlang des zeitlichen Verlaufs (t), und
- Anpassen der Arbeitspunkte (Ai ... An) in Abhängigkeit der ermittelten Streckeninformationen (T).
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
- Ermitteln einer Änderung entlang des zeitlichen Verlaufs (t) der Anforderungs- Leistung (Pr,i, Pr,n) des elektromotorischen Antriebs (17) in Abhängigkeit der Gewichtsinformationen (G), und vorzugsweise zusätzlich in Abhängigkeit der Streckeninformationen (T).
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei für Zeitabschnitte (ti-t2) entlang des zeitlichen Verlaufs mit einer erhöhten Anforderungs-Leistung (Pr,i, Pr i) des elektromotorischen Antriebs (17) die Arbeitspunkte (Ai ... An) derart angehoben werden, dass ihr Anheben dem Ansteigen der Anforderungs-Leistung (Pr,i, Pr,n) des elektromotorischen Antriebs (17) zeitlich vorauseilt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei für Zeitabschnitte (ti— 12) entlang des zeitlichen Verlaufs (t) mit einer verringerten Anforderungs- Leistung (Pr,i, Pr,n) des elektromotorischen Antriebs (17) die Arbeitspunkte (Ai ... An) derart gesenkt werden, dass ihr Absinken der Verringerung der Anforderungs-Leistung (Pr,i, Pr,n) des elektromotorischen Antriebs (17) zeitlich vorauseilt oder nacheilt.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln der Gewichtsinformationen (G) umfasst:
- Erfassen von Kenngrößensignalen (p, a), die repräsentativ für einen Beladungszustand des Nutzfahrzeugs sind, und - Bestimmen der Gewichtsinformationen (G) als Funktion der Kenngrößensignale (p, a).
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Gewichtsinformationen (G) eine Gesamtmasse des Nutzfahrzeugs (1 ) umfassen, und das Ermitteln der Gewichtsinformationen (G) umfasst:
- Erfassen einer resultierenden Fahrzeugbeschleunigung (a)des elektromotorischen Antriebs (17), und
- Berechnen der Gewichtsinformationen (G) als Funktion der Fahrzeugbeschleunigung (a).
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Nutzfahrzeug (1 ) ein Luftfahrwerk (39) mit mehreren Luftfedern (41 ) aufweist, die Gewichtsinformationen (G) die Zuladung des Nutzfahrzeugs (1 ) umfassen, und das Ermitteln der Gewichtsinformationen (G) umfasst:
- Erfassen einer Zunahme der Luftdrücke (p) in den Luftfedern (41 ), und Berechnen der Gewichtsinformationen (G) als Funktion der Zunahme des jeweiligen Luftdrucks (p).
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Nutzfahrzeug (1 ) eine Zugmaschine (3) und einen Anhänger (4) aufweist, und die Gewichtsinformationen (G) separat für die Zugmaschine (3) und den Anhänger (4), oder gemeinsam, ermittelt werden.
11 . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Nutzfahrzeug (1 ) eine Zugmaschine (3) und einen Anhänger (4) aufweist, die mittels einer Anhängerkupplung (5) reversibel lösbar miteinander verbunden sind, und das Verfahren umfasst:
- Ermitteln eines Kopplungszustands der Anhängerkupplung (5), und:
- in gekoppeltem Zustand Zuweisen eines pauschalen Gewichtswerts (Gp) zu den Gewichtsinformationen (G), welcher repräsentativ für eine vergebene Masse des Anhängers (4) ist, oder Anheben der Arbeitspunkte um einen vorbestimmten Wert unabhängig von den Gewichtsinformationen (G), und/oder - in entkoppeltem Zustand Zuweisen eines Gewichtswerts (Gp), welcher einem parametrierten Fahrzeuggewicht entspricht.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Nutzfahrzeug (1 ) ein Kühlsystem (21 ) aufweist, das dazu eingerichtet ist, aus dem Brennstoffzellensystem (7) mittels einer Kühlleistung (K) Wärmeenergie abzuführen, und das Verfahren ferner umfasst:
- Anpassen der Kühlleistung (K) in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen (G).
13. Nutzfahrzeug (1 ) mit Brennstoffzellensystem (7) und elektromotorischem Antrieb (17), mit
- einer Brennstoffzelle (9), die zur Aufnahme von Reaktanten (H2, O2) eingerichtet und in einem veränderlichen Arbeitspunkt (Ai ... An) betreibbar ist,
- einer Steuereinrichtung (23), die signalleitend mit der Brennstoffzelle (9) verbunden und dazu eingerichtet ist, die Brennstoffzelle (9) zum Betrieb derart anzusteuern, dass mittels Umsetzung der zugeführten Reaktanten (H2, O2) elektrische Energie bei einer Erzeugungs-Leistung (P) erzeugt wird,
- einem Pufferspeicher (15), der dazu eingerichtet ist, die erzeugte elektrische Energie zwischenzuspeichern,
- wobei der elektromotorische Antrieb (17) dazu eingerichtet ist, unter Entnahme elektrischer Energie aus dem Pufferspeicher (15) mit einer Anforderungs-Leistung (Pr) angetrieben zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Nutzfahrzeug (1 ) eine Datenverarbeitungseinheit (25) aufweist, die zum Ermitteln von Gewichtsinformationen (G) eingerichtet ist, wobei die Gewichtsinformationen (G) repräsentativ für den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs (1 ) sind, und dass die Steuereinrichtung (23) dazu eingerichtet ist, den Arbeitspunkt (Ai ... An) in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen (G) anzupassen.
14. Nutzfahrzeug nach Anspruch 13, wobei die Steuereinrichtung (23), vorzugsweise mittels einer Datenschnittstelle (37) und eines Datenkommunikationsnetzwerks(27) des Nutzfahrzeugs (1 ), mit der Datenverarbeitungseinheit (25) verbunden ist, und dazu eingerichtet ist, die Gewichtsinformationen (G), und/oder Informationselemente (E) zur Ermittlung der Gewichtsinformationen (G), zu empfangen und einen Prozessor (33) aufweist, um diese zu verarbeiten, insbesondere in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
15. Nutzfahrzeug nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Datenverarbeitungseinheit (25) dazu eingerichtet ist, von einer oder mehreren Sensoreinrichtungen Kenngrößensignale zu empfangen, die repräsentativ für den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs sind, und in Abhängigkeit dieser Kenngrößensignale die Gewichtsinformation zu bestimmen.
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