EP4522445A1 - Fahrzeug mit brennstoffzellensystem, sowie verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

Fahrzeug mit brennstoffzellensystem, sowie verfahren zu dessen betrieb

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Publication number
EP4522445A1
EP4522445A1 EP23711738.7A EP23711738A EP4522445A1 EP 4522445 A1 EP4522445 A1 EP 4522445A1 EP 23711738 A EP23711738 A EP 23711738A EP 4522445 A1 EP4522445 A1 EP 4522445A1
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EP
European Patent Office
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compressor unit
vehicle
compressed air
air
compressor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP23711738.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Hoffmeister
Arne Reiners
Janik RICKE
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ZF CV Systems Global GmbH
Original Assignee
ZF CV Systems Global GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by ZF CV Systems Global GmbH filed Critical ZF CV Systems Global GmbH
Publication of EP4522445A1 publication Critical patent/EP4522445A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/003—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to auxiliary motors, e.g. for pumps, compressors
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle, in particular a commercial vehicle, with a fuel cell system, which has a first compressor unit for supplying a fuel cell with compressed air, and a second compressor unit for supplying a compressed air system of the vehicle with compressed air.
  • Vehicles of the type described above are generally known.
  • a compressed air system is understood to mean the compressed air architecture of the vehicle, which supplies all safety-relevant and non-safety-relevant pneumatic consumers of the vehicle with compressed air via one or more line circuits, for example a pneumatic brake system and/or a pneumatic chassis of the vehicle. Due to the special requirements for the control of the fuel cell, fuel cell systems usually have their own dedicated compressor unit to supply the fuel cell with compressed air.
  • compressor units of the fuel cell systems usually have turbo compressors that promote much higher throughputs at comparatively low system pressures of the order of 5 bar or less.
  • the compressor units of fuel cell systems are usually operated in the high five-digit speed range.
  • Both the compressed air supply for the vehicle's compressed air systems and the compressed air supply for the fuel cell systems generally work satisfactorily.
  • Compressor units like other components in the vehicle, are electrical consumers. As mobility changes, the energy required to operate the vehicle is increasingly being provided in electrical form in the vehicle and stored in appropriate energy storage devices. The requirement of energy efficiency also affects electrical consumers, and this includes the compressor units.
  • the space required for the compressor units represents a design limitation.
  • the invention was based on the object of mastering the challenge described above as largely as possible.
  • the invention was based on the object of achieving an increase in efficiency in a vehicle of the type described at the outset.
  • the invention solves the underlying problem in a vehicle of the type described at the outset in that the first compressor unit has an outlet which is connected in a fluid-conducting manner to an inlet of the second compressor unit by means of a branch line in such a way that a first partial flow of the compressed air output by the first compressor unit Fuel cell is supplied, and a second partial flow, the compressed air output from the first compressor unit is supplied to the second compressor unit.
  • the invention is based on the knowledge that the second compressor unit, which is responsible for the compressed air system of the vehicle beyond the fuel cell, has to generate comparatively high pressures, but only requires very small throughput quantities, on the order of ⁇ 1000 l/min at approx. 12.5 bar at the outlet of the second compressor unit, in particular ⁇ 500 l/min at approx. 12.5 bar at the outlet of the second compressor unit.
  • This is where the invention comes into play by connecting the outlet of the first compressor unit to the inlet of the second compressor unit by means of the branch line.
  • the first The compressor unit hereby becomes the pre-compressor for the second compressor unit.
  • the second compressor unit can thereby perform the compression work starting from a higher pressure level, which can lead to a significantly reduced power requirement in relation to the two compressor unit, which is greater the higher the pressure at the outlet of the first compressor unit.
  • the second compressor unit can be made significantly smaller overall, which results in both cost advantages and a reduction in installation space. Since the required additional throughput is small relative to the throughput already required by the fuel cell, the first compressor unit does not have to be dimensioned larger - or at least not significantly so. In addition to the significantly lower power consumption, there are also other efficiency-increasing factors that result from connecting the first compressor unit of the fuel cell system and the second compressor unit of the compressed air system in series. The cost advantages particularly affect the cost-intensive components of the compressor units, such as the electrical machines and power electronics.
  • the second compressor unit is connected to a compressed air reservoir on the outlet side in a fluid-conducting manner and is set up to additionally compress the compressed air supplied to it by the first compressor unit and to supply it to the compressed air reservoir.
  • the second compressor unit can even be advantageous to pass the compressed air through the second compressor unit without additional compression work until the pressure level on the outlet side of the first compressor unit is reached at least once on the outlet side, in particular compressed air storage , and only then begin the additional compaction work.
  • the first compressor unit has an air filter which is arranged upstream of the branch line. Further preferably, the first compressor unit has a compressor, and the air filter is arranged upstream of the compressor and is designed to to filter the air supplied to the first compressor unit before entering the compressor.
  • the compressor units for the fuel cell system also use multi-stage compressors, which therefore have more than just one compressor stage. To understand the invention, the explanation based on just a single compressor is sufficient. It should be understood that the invention also applies to compressor units that have more than one compressor, whereby it is generally advantageous to position the air filter as far upstream as possible in order to protect the compressor unit from the entry of dirt.
  • the fuel cell system in particular the first compressor unit, is set up to be operated with a variable throughput
  • the vehicle has a control device that is set up to generate an air request signal for controlling the throughput of the first compressor unit.
  • control of the speed is sufficient in particular to control the throughput in the event that an air request signal is present.
  • the throughput of the compressor units is referred to according to the invention, this is to be understood as meaning that the throughput can be characterized by the mass flow flowing through the compressor unit, or also by the volume flow and pressure flowing through the compressor unit, preferably on the outlet side.
  • the air request signal in the sense of the invention is representative of the additional delivery requirement required by the second partial flow.
  • the second compressor unit is preferably set up to operate at a constant operating point, and thus it is possible to predict with good precision how much throughput, ie how much additional delivery requirement, is necessary on the part of the first compressor unit when the second compressor unit has to start operating in order to supply the vehicle's compressed air system with additional compressed air .
  • Inlet and outlet pressures of the second compressor unit are known, and the flow rate through the second compressor unit can be selected so that it can be operated at a favorable operating point.
  • the air request signal can be a digital signal with the states “0” (no air request signal is present) and “1” (air request signal is present).
  • the air request signal can be transmitted as a predetermined current or voltage signal, or as a coded signal, for example via a bus system of the vehicle, such as a CAN bus.
  • the first compressor unit is connected to the control unit in a signal-conducting manner and is set up to adapt, in particular to increase, the throughput it conveys depending on the air request signal.
  • the first compressor unit controls its throughput so that both the fuel cell can be supplied with the first partial flow and the second compressor unit with the second partial flow.
  • the first compressor unit is preferably set up to promote a first throughput in a first operating mode, which is supplied exclusively to the fuel cell when the second compressor unit is inactive, and to promote a second throughput in a second operating mode that is higher than the first throughput, and off in which the first partial flow for the fuel cell and the second partial flow for the compressor unit are formed when the second compressor unit is active.
  • the compressor unit is, in other words set up to switch from the first operating mode to the second operating mode as soon as the air request signal is present.
  • the first compressor unit is set up to compress the air in the second operating mode to the same initial pressure as in the first operating mode.
  • the pressure is preferably in a range below 5 bar, such as from 2 bar to 4 bar. In this way, supplying compressed air to the second compressor unit does not compromise the operation of the fuel cell system.
  • the vehicle has a pressure sensor for detecting the air pressure in the compressed air reservoir
  • the control device is connected to the pressure sensor in a signal-conducting manner and is set up to generate the air request signal as soon as the air pressure in the compressed air reservoir reaches or falls below a predetermined switch-on pressure.
  • the switch-on pressure is preferably in a range of 10 bar or less.
  • the compressed air reservoir has a target pressure value, also referred to as operating pressure, for example in the range of 12.5 bar or more.
  • the control device preferably generates the air request signal as soon as the air pressure in the compressed air storage is 10% or more below the target pressure value.
  • control device is set up to control the second compressor unit to compress the compressed air supplied to it after the air request signal has been generated.
  • the control device is set up to control the second compressor unit after a predetermined (first) delay period has elapsed, the delay period being in particular in a range of 0.5 - 3.5 seconds.
  • the control device is preferably set up alternatively or additionally to control the second compressor unit after the first compressor unit has transmitted a confirmation signal to the control unit that the throughput has been adjusted.
  • the vehicle has a sensor for detecting the throughput of the first compressor unit, for example a mass flow sensor or a volume flow sensor (then preferably in conjunction with a pressure sensor), and the sensor is connected in a signal-conducting manner to the control unit or the second compressor unit and to it set up to send a representative signal for the throughput to the respective unit.
  • a sensor for detecting the throughput of the first compressor unit for example a mass flow sensor or a volume flow sensor (then preferably in conjunction with a pressure sensor)
  • the sensor is connected in a signal-conducting manner to the control unit or the second compressor unit and to it set up to send a representative signal for the throughput to the respective unit.
  • control unit is set up to put the second compressor unit into the active state for as long as the air request signal is present.
  • control device is set up to generate the air request signal until the air pressure in the compressed air reservoir has reached or exceeds a predetermined switch-off pressure.
  • the switch-off pressure is preferably in a range of 12.0 bar or above.
  • the switch-on pressure is in a range of 10% - 15% below the switch-off pressure.
  • the first compressor unit is set up to adapt, in particular to reduce, the throughput after a predetermined (second) delay period when the air request signal is omitted.
  • the delay period is preferably in a range from 0.5 seconds to 3.5 seconds. This continued promotion of higher throughput also serves to avoid undersupply.
  • the fuel cell system has a control device, for example a fuel cell controller, which is set up to control the first compressor unit and which is connected to the control device in a signal-conducting manner.
  • the connection between the control unit of the fuel cell system and the control unit of the compressed air system could be ensured, for example, via a CAN bus or a similar bus connection.
  • the control device can also be integrated into the fuel cell control in terms of hardware or software.
  • the vehicle has an air processing module connected downstream of the second compressor unit, the control device preferably being integrated into the air processing module.
  • the control device can alternatively be designed as a dedicated, independent control device.
  • the control unit can, for example, alternatively be assigned to the second compressor unit, or can also be integrated into its control in terms of hardware or software.
  • the air processing module described above also referred to as an APU, and in particular as an eAPU (Air Processing Unit), preferably comprises an air dryer and/or a valve arrangement such as a multi-circuit protection valve, and/or a pressure sensor. If the air treatment module includes the control device, the control device is preferably further set up to regulate the pressure in the flow process on the outlet side of the second compressor unit, and thus the operation of the compressor, and to generate the air request signal as described above. Depending on the presence of additional logic units in the vehicle, it may also make sense to integrate the control unit into other logic units not named here.
  • the vehicle has a bypass line which bridges the first compressor unit and opens upstream of the second compressor unit.
  • the inlet for the air to be compressed which otherwise bridges the first compressor unit, is connected directly to the second compressor unit, and the second compressor unit can be operated by bridging the first compressor unit, although at a lower inlet pressure than would be ideal for its operation become.
  • the invention has been described above using a first aspect with reference to a vehicle.
  • the invention further relates to a method for operating a vehicle, in particular a commercial vehicle.
  • the invention solves the problem described at the beginning with such a method in which the method comprises the steps:
  • the invention takes advantage of the same advantages and considerations in the second aspect as the vehicle according to the first aspect.
  • Preferred embodiments of the vehicle are also preferred embodiments of the method and vice versa.
  • the method is further developed with one, several or all of the following features:
  • the compressed air supplied to the second compressor unit by the first compressor unit is additionally compressed and supplied to the compressed air storage;
  • the air supplied to the first compressor unit is filtered upstream of the branch line, in particular upstream of the first compressor unit;
  • the first compressor unit is operated with a variable throughput; an air request signal is generated to control the throughput of the first compressor unit, preferably as soon as an air pressure in the compressed air storage reaches or falls below a predetermined switch-on pressure; further preferably until a predetermined switch-off pressure is reached or exceeded; and or
  • the throughput delivered by the first compressor unit is adjusted, in particular increased, depending on the air request signal
  • a first throughput is conveyed, which is supplied exclusively to the fuel cell when the second compressor unit is inactive, and in a second operating mode, a second throughput is conveyed, which is higher than the first throughput, and from which the first is conveyed when the second compressor unit is active
  • Partial flow for the fuel cell and the second partial flow for the second compressor unit are formed, preferably the air is compressed in the second operating mode to the same initial pressure as in the first operating mode and/or the same throughput is delivered as a second partial flow as in the first operating mode as a total throughput; and or
  • the second compressor unit is activated after the air request signal has been generated.
  • the throughput delivered by the first compressor unit is adjusted, in particular reduced, after a predetermined delay period from the time the air request signal disappears;
  • the first compressor unit is bridged by means of a bypass line, which opens upstream of the second compressor unit.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a vehicle, according to a preferred exemplary embodiment.
  • Fig. 2 shows an exemplary process sequence for the operation of the vehicle according to Fig. 1.
  • the vehicle 1 shows a schematic representation of a vehicle 1, which can be a commercial vehicle, for example.
  • the vehicle 1 has a fuel cell system 3, which includes a compressor unit 5.
  • the compressor unit 5 has at least one (first) compressor 7, which is driven by an electric machine 9.
  • the compressor 7 can be, for example, a radial compressor, axial compressor or scroll compressor.
  • the compressor unit 5 is set up to suck in air containing oxygen O2 at an inlet 4, compress it to an output pressure pn and output it at an outlet 6 with a throughput D controlled in accordance with the operation of the compressor unit 5.
  • Compressed compressed air L is thus supplied to a fuel cell 13 on the cathode side via a main line 8.
  • a humidifier 11 is arranged in the main line 8.
  • the fuel cell system 3 has a control device 15, which can be constructed as one or more structural units and can be, for example, the fuel cell control, and/or a compressor control device.
  • the control device 15 can be designed as a dedicated control device, or can be integrated into the fuel cell 13 or the compressor unit 5 in terms of hardware or software.
  • the vehicle 1 also has a compressed air system 17.
  • the compressed air system 17 serves to supply safety-relevant and non-safety-relevant pneumatic consumers of the vehicle 1 with compressed air L and has a dedicated compressor unit 19.
  • the compressor unit 5 of the fuel cell system 3 is thus a first compressor unit and the compressor unit 19 of the compressed air system 17 is a separate, dedicated second compressor unit.
  • the second compressor unit 19 has an electric machine 21, which is set up to drive a (second) compressor 23 of the second compressor unit 19, but could alternatively, for example, also be connected to an internal combustion engine by means of a clutch.
  • the compressor is set up to drive a (second) compressor 23 of the second compressor unit 19, but could alternatively, for example, also be connected to an internal combustion engine by means of a clutch.
  • the second compressor unit 19 can be designed, for example, as a piston compressor, while the first compressor unit 5 of the fuel cell system is preferably designed as a turbo compressor.
  • the second compressor unit 19 of the compressed air system 17 has an inlet
  • the second compressor unit 19 is set up to further compress the compressed air L supplied to it via the branch line 10 from the output pressure pu of the first compressor unit 5 to a second output pressure pi_2>pu, and to release this further compressed partial flow T2 via an outlet 26, while above the main line 8 continues to convey compressed air L at pn as the first partial flow Ti to the fuel cell 13.
  • the total throughput D is composed of Ti and T2.
  • the compressed air system 17 has an air processing module 27 connected downstream of the second compressor unit 19, also referred to as APU (Air Processing Unit) or eAPU (electronic Air Processing Unit).
  • the air treatment module 27 is set up to condition, for example dry, the air compressed by the second compressor unit 19 and to supply it directly or indirectly to a compressed air reservoir 29 connected to the air treatment module 27 in a fluid-conducting manner.
  • the compressed air system 17 also has a control device 31, which can be integrated into the air treatment module 27, for example in software or hardware, or can be an independent control device.
  • the control unit 31 of the compressed air system 17 is set up to control the second compressor unit 19 for operation by means of a compressor control signal Sc.
  • the pressure sensor 33 is preferably structurally assigned to the compressed air reservoir 29, but can also be arranged in the fluid line between the air processing module 27 and the compressed air reservoir 29, or be integrated into the air processing module 27.
  • the control device 31 is set up to send an air request signal SL to the fuel cell system 3 as soon as the pressure ps in the compressed air storage 29 reaches or falls below a predetermined switch-on pressure ps.
  • the switch-on pressure ps is preferably 10-15% or more below the actual operating pressure of the compressed air storage, as described in detail in the general part.
  • the control device 31 is set up to send the air request signal Si_ and the compressor control signal Sc for as long as is necessary to supply the compressed air storage 29 with sufficient compressed air L.
  • the control device 31 is set up to stop sending the air request signal SL and the compressor control signal Sc when the pressure ps of the compressed air storage 29 has reached or exceeded a switch-off pressure PA, which is preferably 10-15% above PE.
  • the signals SL and Sc can be generated and switched off at the same time, but can also be staggered over time, as will be explained in more detail with reference to FIG. 2.
  • the fuel cell system 3 is set up to switch the operation of the first compressor unit 5 between a first operating mode Bi and a second operating mode B2 depending on receipt of the air request signal SL.
  • the first compressor unit 5 is set up to promote and compress a first throughput Di, which is sufficient for operation of the fuel cell 13, in particular for operation with excess oxygen.
  • the first compressor unit 5 is set up to promote a second throughput D2 in the second operating mode B2, which is so much larger than the first throughput Di that the second partial flow T2 is additionally conveyed without the output pressure meme falling.
  • the second operating mode B2 is usually activated when the control unit 31 of the compressed air system 17 activates the second compressor unit 19 by sending the compressor control signal Sc in order to increase the pressure in the compressed air reservoir 29.
  • the throughput D2 which is present at the outlet 6 of the first compressor unit 5 is divided into the first partial flow Ti and the second partial flow T2, the first partial flow Ti preferably having a throughput that is exactly as high as Di in the first Operating mode Bi.
  • the additional throughput (D2 - Di) flows as the second partial flow T2 through the branch line 10 into the first compressor unit 19.
  • the vehicle 1 has an air filter 34, which is designed to clean the air O2 sucked in by the fuel cell system 3 before entering the first compressor unit 5 in a generally known manner.
  • Connecting the first compressor unit of the fuel cell system in series with the second compressor unit 19 of the compressed air system 17 results in a further specific advantage of the invention: only a single air filter 34 is required for contamination-free operation of both compressor units 5, 19.
  • the air filter 34 can be assigned to the fuel cell system 3, but it can also, as indicated here in FIG. 1, be connected upstream of the fuel cell system 3 as a dedicated structural unit. Even in bridging operation by means of the bypass line 37, the air filter 34 is active and is then used, bypassing the first compressor unit 5, to directly filter the stream of air O2 supplied exclusively to the second compressor unit 19.
  • the application described above which is considered the main application, requires simultaneous operation of the first compressor unit 5 and the second compressor unit 19 over at least certain time periods in the second operating mode B2.
  • the vehicle 1 has a bypass line 37, which extends from an outlet 35 upstream of the compressor 7 to a connection piece 41 in the branch line 10.
  • a non-return element 39 prevents an unwanted backflow of compressed air L in the direction of the outlet 35.
  • FIG. 2 An exemplary process sequence for the operation of the vehicle 1 according to FIG. 1 is illustrated in FIG. 2.
  • step 101 of the method 100 the vehicle 1 is operated for driving.
  • step 105 the fuel cell 13 is driven in the first operating mode Bi to deliver a first throughput Di of compressed air L.
  • a fuel cell is supplied with compressed air by means of a first compressor unit.
  • the control unit 31 If the vehicle 1 requires compressed air from the compressed air system 17 for its operation, this is made available from the compressed air storage 29. As soon as it is recognized in a step 107 that the pressure ps reaches or falls below the switch-on pressure PE, the control unit 31 generates the air request signal SL in step 109, as a result of which in step 1 1 1 the first compressor unit 5 is in the second operating mode B2 to control the second Throughput D2 is initiated. As soon as the required throughput D2 for the two partial flows Ti, T2 has been reached and/or after a predetermined first delay period ti has elapsed, which is checked in step 113, the second compressor unit 19 is also activated by means of the compressor control signal Sc in step 115 Start of operation activated.
  • a method step 1 16 of supplying the compressed air system 17 of the vehicle 1 with compressed air L by means of the second compressor unit 19 is carried out, the first partial flow Ti being the one output by the first compressor unit 5 Compressed air L is supplied to the fuel cell 13, and the second partial flow T2 of the compressed air L output from the first compressor unit 5 is supplied to the second compressor unit 19.
  • the air request signal SL continues to be present during this time.
  • the simultaneous operation of both compressor units 5, 19 continues as long as the pressure ps still needs to be increased in the compressed air reservoir 29.
  • step 117 As soon as it is determined in step 117 that the pressure ps reaches or exceeds the switch-off pressure PA, the operation of the second compressor unit is stopped by turning off the compressor control signal Sc in step 121, preferably after maintaining a second delay period t2 in step 119.
  • the air request signal SL can also be switched off in step 125 and the operation of only the first compressor unit 5 according to step 105 or no compressor unit according to step 101 can be returned to.
  • step 101 of the vehicle 1 If, during operation according to step 101 of the vehicle 1, it is determined during the check according to step 103 that operation of the fuel cell system 3 is not necessary, but in a following step 104 it is determined that the pressure ps in the compressed air reservoir 29 falls below the switch-on pressure ps the compressor control signal Sc is transmitted from the control device 31 to the second compressor unit 19 without first activating the first compressor unit 5, see step 106.
  • step 108 the first compressor unit 5 of the fuel cell system 3 is bridged by means of the bypass line 37.
  • step 110 the second compressor unit 19 of the compressed air system 17 compresses the air O2 supplied on the inlet side in a third operating mode B3 at ambient pressure (or the inlet pressure upstream of the fuel cell system 3).
  • the compressor control signal Sc can be switched off in step 114 and the vehicle can be operated as in step 101.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (1), insbesondere Nutzfahrzeug, mit einem Brennstoffzellensystem (3), welches eine erste Verdichtereinheit (5) zur Versorgung einer Brennstoffzelle (13) mit Druckluft (L) aufweist, und einer zweiten Verdichtereinheit (19) zur Versorgung eines Druckluftsystems (17) des Fahrzeugs (1) mit Druckluft (L). Es wird vorgeschlagen, dass die erste Verdichtereinheit (5) einen Auslass (6) aufweist, welcher mittels einer Zweigleitung (10) derart fluidleitend mit einem Einlass (24) der zweiten Verdichtereinheit (19) verbunden ist, dass ein erster Teilstrom (T1) der von der ersten Verdichtereinheit (5) ausgegebenen Druckluft (L) der Brennstoffzelle (13) zugeführt wird, und ein zweiter Teilstrom (T2) der von der ersten Verdichtereinheit (5) ausgegebenen Druckluft (L) der zweiten Verdichtereinheit (19) zugeführt wird.

Description

Fahrzeug mit Brennstoffzellensystem, sowie Verfahren zu dessen Betrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, mit einem Brennstoffzellensystem, welches eine erste Verdichtereinheit zur Versorgung einer Brennstoffzelle mit Druckluft, und eine zweite Verdichtereinheit zur Versorgung eines Druckluftsystems des Fahrzeugs mit Druckluft aufweist. Fahrzeuge der vorstehend bezeichneten Art sind allgemein bekannt. Unter einem Druckluftsystem wird erfindungsgemäß die Druckluftarchitektur des Fahrzeugs verstanden, welche über einen oder mehrere Leitungskreise alle sicherheitsrelevanten und auch nicht sicherheitsrelevanten pneumatischen Verbraucher des Fahrzeugs mit Druckluft versorgt, beispielsweise ein pneumatisches Bremssystem und/oder ein pneumatisches Fahrwerk des Fahrzeugs. Aufgrund der besonderen Anforderungen an die Steuerung der Brennstoffzelle verfügen Brennstoffzellensysteme in der Regel über eine eigene dedizierte Verdichtereinheit zur Druckluftversorgung der Brennstoffzelle.
Während die „konventionellen“ Verdichter zur Druckluftversorgung der Druckluftsysteme in der Regel dazu eingerichtet sind, hohe Systemdrücke zu erzeugen, die im Bereich von oberhalb 10 bar, teilweise oberhalb 12 bar oder deutlich darüber liegen können und zum Erreichen dieser Drücke häufig auf Kolbenverdichter mit Drehzahlen im vierstelligen Bereich bei gleichzeitig geringem Durchsatz setzen, weisen die Verdichtereinheiten der Brennstoffzellensysteme üblicherweise Turboverdichter auf, die bei vergleichsweise niedrigen Systemdrücken in der Größenordnung von 5 bar oder weniger sehr viel höhere Durchsätze fördern. Hierzu werden die Verdichtereinheiten Brennstoffzellensysteme üblicherweise im hohen fünfstelligen Drehzahlbereich betrieben. Sowohl die Druckluftversorgung für Druckluftsysteme des Fahrzeugs als auch die Druckluftversorgung der Brennstoffzellensysteme funktionieren grundsätzlich zufriedenstellend. Verdichtereinheiten sind indes, wie auch andere Komponenten im Fahrzeug, elektrische Verbraucher. Im Zuge des Mobilitätswandels wird die notwendige Energie zum Betrieb des Fahrzeugs zunehmend in elektrischer Form im Fahrzeug bereitgestellt und in entsprechenden Energiespeichern vorgehalten. Das Gebot der Energieeffizienz betrifft auch die elektrischen Verbraucher, und dazu zählen die Verdichtereinheiten. Der Bauraumbedarf für die Verdichtereinheiten stellt eine konstruktive Einschränkung dar.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebene Herausforderung möglichst weitgehend zu meistern. Insbesondere lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Fahrzeug der eingangs bezeichneten Art eine Effizienzsteigerung zu erzielen.
Die Erfindung löst die ihr zugrundeliegende Aufgabe bei einem Fahrzeug der eingangs bezeichneten Art, indem die erste Verdichtereinheit einen Auslass aufweist, welcher mittels einer Zweigleitung derart fluidleitend mit einem Einlass der zweiten Verdichtereinheit verbunden ist, dass ein erster Teilstrom der von der ersten Verdichtereinheit ausgegebenen Druckluft der Brennstoffzelle zugeführt wird, und ein zweiter Teilstrom, der von der ersten Verdichtereinheit ausgegebenen Druckluft der zweiten Verdichtereinheit zugeführt wird.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die zweite Verdichtereinheit, welche für das Druckluftsystem des Fahrzeugs jenseits der Brennstoffzelle zuständig ist, zwar vergleichsweise hohe Drücke erzeugen muss, allerdings nur sehr geringe Durchsatzmengen benötigt, größenordnungsmäßig <1000 l/min bei ca. 12,5 bar am Auslass der zweiten Verdichtereinheit, insbesondere <500 l/min bei ca. 12,5 bar am Auslass der zweiten Verdichtereinheit. Hier setzt die Erfindung an, indem sie den Auslass der ersten Verdichtereinheit mittels der Zweigleitung mit dem Einlass der zweiten Verdichtereinheit verbindet. Die erste Verdichtereinheit wird hiermit zum Vorverdichter für die zweite Verdichtereinheit. Die zweite Verdichtereinheit kann hierdurch bereits ausgehend von einem höheren Druckniveau die Verdichtungsarbeit leisten, was bezogen auf die zweie Verdichtereinheit zu einem signifikant gesenkten Leistungsbedarf führen kann, der umso größer ist, je höher der Druck am Auslass der ersten Verdichtereinheit ist. Dadurch kann die zweite Verdichtereinheit insgesamt deutlich kleiner dimensioniert werden, was sowohl Kostenvorteile, als auch eine Verkleinerung des Bauraums nach sich zieht. Da der erforderliche zusätzliche Durchsatz relativ zum ohnehin von der Brennstoffzelle angeforderten Durchsatz gering ist, muss die erste Verdichtereinheit nicht - oder jedenfalls nicht signifikant - größer dimensioniert werden. Neben der deutlich geringeren Leistungsaufnahme kommen also auch weitere effizienzsteigernde Faktoren hinzu, die sich aus dem In-Reihe-Schalten der ersten Verdichtereinheit des Brennstoffzellensystems und der zweiten Verdichtereinheit des Druckluftsystems ergeben. Die Kostenvorteile betreffen insbesondere die kostenintensiven Bauteile der Verdichtereinheiten, wie beispielsweise die elektrischen Maschinen und Leistungselektronik.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die zweite Verdichtereinheit auslassseitig fluidleitend mit einem Druckluftspeicher verbunden und dazu eingerichtet, die ihr von der ersten Verdichtereinheit zugeführte Druckluft zusätzlich zu verdichten und dem Druckluftspeicher zuzuführen. Je nachdem, wie hoch das Druckniveau an der Auslassseite der zweiten Verdichtereinheit ist, kann es sogar bereits vorteilhaft sein, die Druckluft ohne zusätzliche Verdichtungsarbeit durch die zweite Verdichtereinheit hindurchzuleiten, bis auslassseitig, insbesondere Druckluftspeicher, zumindest einmal das Druckniveau der Auslassseite der ersten Verdichtereinheit erreicht ist, und erst dann mit der zusätzlichen Verdichtungsarbeit zu beginnen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Verdichtereinheit einen Luftfilter auf, welcher stromaufwärts der Zweigleitung angeordnet ist. Weiter vorzugsweise weist die erste Verdichtereinheit einen Verdichter auf, und der Luftfilter ist stromaufwärts des Verdichters angeordnet und dazu eingerichtet, die der ersten Verdichtereinheit zugeführte Luft vor Eintritt in den Verdichter zu filtern. Es werden je nach Anwendungsfall bei den Verdichtereinheiten für das Brennstoffzellensystem durchaus auch mehrstufige Kompressoren verdichtet, die also mehr als nur einen eine Verdichterstufe aufweisen. Zum Verständnis der Erfindung genügt aber die Erläuterung anhand nur eines einzelnen Verdichters. Es soll verstanden werden, dass die Erfindung auch bei Verdichtereinheiten greift, die mehr als einen Verdichter aufweisen, wobei sich grundsätzlich vorteilhaft auswirkt, den Luftfilter so weit stromaufwärts wie möglich zu positionieren, um die Verdichtereinheit vor Schmutzeintrag zu schützen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Brennstoffzellensystem, insbesondere die erste Verdichtereinheit, dazu eingerichtet, mit einem veränderlichen Durchsatz betrieben zu werden, und das Fahrzeug weist ein Steuergerät auf, das dazu eingerichtet ist, ein Luftanforderungssignal zur Steuerung des Durchsatzes der ersten Verdichtereinheit zu generieren. In Anbetracht der Tatsache, dass der zusätzlich benötigte Durchsatz in der ersten Verdichtereinheit zum Speisen der Zweigleitung im Verhältnis zu dem Durchsatz, der ohnehin für die Brennstoffzelle benötigt wird, gering ist, nämlich in der Regel im einstelligen Prozentbereich liegt, relativ zum Durchsatz für die Brennstoffzelle gesehen, ist in bevorzugten Ausführungsformen insbesondere eine Steuerung der Drehzahl ausreichend, um den Durchsatz für den Fall des Vorliegens eines Luftanforderungssignals zu steuern.
Sofern erfindungsgemäß von dem Durchsatz der Verdichtereinheiten gesprochen wird, so ist hierunter zu verstehen, dass der Durchsatz durch den die Verdichtereinheit durchströmenden Massenstrom charakterisiert werden kann, oder auch durch den die Verdichtereinheit durchströmenden Volumenstrom und Druck, vorzugsweise jeweils auslassseitig.
Das Luftanforderungssignal im Sinne der Erfindung ist repräsentativ für den durch den zweiten Teilstrom benötigten zusätzlichen Förderbedarf. Die zweite Verdichtereinheit ist vorzugsweise dazu eingerichtet, bei einem konstanten Arbeitspunkt betrieben zu werden, und somit ist mit guter Präzision vorhersagbar, wie viel Durchsatz, d.h. wie viel zusätzlicher Förderbedarf, auf Seiten der ersten Verdichtereinheit nötig ist, wenn die zweite Verdichtereinheit ihren Betrieb aufnehmen muss, um das Druckluftsystem des Fahrzeugs mit zusätzlicher Druckluft zu versorgen. Einlass- und Auslassdrücke der zweiten Verdichtereinheit sind bekannt, und der Durchsatz durch die zweite Verdichtereinheit kann so gewählt werden, dass diese bei einem günstigen Arbeitspunkt betrieben werden kann.
All diese Größen sind vorab in Vorversuchen und im Wege der Auslegung des Systems ermittelbar, so dass das Luftanforderungssignal im einfachsten Fall ein digitales Signal mit den Zuständen „0“ (kein Luftanforderungssignal liegt an) und „1“ (Luftanforderungssignal liegt an) sein kann. Das Luftanforderungssignal kann als vorbestimmtes Strom- oder Spannungssignal übertragen werden, oder als codiertes Signal, beispielsweise über ein Bus-System des Fahrzeugs, wie etwa einen CAN-Bus.
Die erste Verdichtereinheit ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform signalleitend mit dem Steuergerät verbunden und dazu eingerichtet, in Abhängigkeit des Luftanforderungssignals den von ihr geförderten Durchsatz anzupassen, insbesondere zu erhöhen. Wenn mit anderen Worten das Luftanforderungssignal an der ersten Verdichtereinheit anliegt, steuert die erste Verdichtereinheit ihren Durchsatz so aus, dass sowohl die Brennstoffzelle mit dem ersten Teilstrom versorgt werden kann, als auch die zweite Verdichtereinheit mit dem zweiten Teilstrom.
Die erste Verdichtereinheit ist vorzugsweise dazu eingerichtet, in einem ersten Betriebsmodus einen ersten Durchsatz zu fördern, der bei inaktiver zweiter Verdichtereinheit exklusiv der Brennstoffzelle zugeführt wird, und in einem zweiten Betriebsmodus einen zweiten Durchsatz zu fördern, der höher ist als der erste Durchsatz, und aus dem bei aktiver zweiter Verdichtereinheit der erste Teilstrom für die Brennstoffzelle und der zweite Teilstrom für die Verdichtereinheit gebildet werden. Die Verdichtereinheit ist mit anderen Worten dazu eingerichtet, vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus überzugehen, sobald das Luftanforderungssignal anliegt.
Vorzugsweise ist die erste Verdichtereinheit dazu eingerichtet, im zweiten Betriebsmodus die Luft auf den gleichen Ausgangsdruck zu verdichten, wie im ersten Betriebsmodus. Der Druck liegt vorzugsweise in einem Bereich von unterhalb 5 bar, wie etwa von 2 bar bis 4 bar. Das Zuliefern von Druckluft zur zweiten Verdichtereinheit kompromittiert auf diese Weise nicht den Betrieb des Brennstoffzellensystems. Gleichzeitig genügt für eine solche Regelung im einfachsten Fall die Anpassung des Betriebs der ersten Verdichtereinheit auf ein höheres Drehzahlniveau, das rechnerisch oder experimentell vorab ermittelt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Fahrzeug einen Drucksensor zur Erfassung des Luftdrucks im Druckluftspeicher auf, und das Steuergerät ist mit dem Drucksensor signalleitend verbunden und dazu eingerichtet, das Luftanforderungssignal zu generieren, sobald der Luftdruck im Druckluftspeicher einen vorbestimmten Einschaltdruck erreicht oder unterschreitet. Der Einschaltdruck liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 bar oder weniger. Alternativ oder zusätzlich weist der Druckluftspeicher einen, auch als Betriebsdruck bezeichneten, Soll-Druckwert auf, beispielsweise im Bereich von 12,5 bar oder mehr. Vorzugsweise generiert das Steuergerät das Luftanforderungssignal, sobald der Luftdruck im Druckluftspeicher um 10% oder mehr unterhalb des Soll-Druckwerts liegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Steuergerät dazu eingerichtet, die zweite Verdichtereinheit zur Verdichtung der ihr zugeführten Druckluft anzusteuern, nachdem das Luftanforderungssignal generiert worden ist. In einer ersten bevorzugten Variante ist das Steuergerät dazu eingerichtet, die zweite Verdichtereinheit nach Ablauf einer vorbestimmten (ersten) Verzögerungsdauer anzusteuern, wobei die Verzögerungsdauer insbesondere in einem Bereich von 0,5 - 3,5 Sekunden liegt. In einer zweiten Variante ist das Steuergerät vorzugsweise alternativ oder zusätzlich dazu eingerichtet, die zweite Verdichtereinheit anzusteuern, nachdem die erste Verdichtereinheit an das Steuergerät ein Bestätigungssignal darüber übermittelt hat, dass der Durchsatz angepasst worden ist. In einer dritten bevorzugten Variante weist das Fahrzeug einen Sensor zur Erfassung des Durchsatzes der ersten Verdichtereinheit auf, beispielsweise einen Massenstromsensor oder einen Volumenstromsensor (dann vorzugsweise in Verbindung mit einem Drucksensor), und der Sensor ist signalleitend mit dem Steuergerät oder der zweiten Verdichtereinheit verbunden und dazu eingerichtet, ein repräsentatives Signal für den Durchsatz an die jeweilige Einheit zu übersenden. Durch diese Regelungen wird sichergestellt, dass die zweite Verdichtereinheit nicht zu früh mit der Verdichtungsarbeit beginnt, was eine Druckluftunterversorgung der Brennstoffzelle in ungünstigen Fällen nach sich ziehen könnte. Durch das vorgelagerte Ansteuern des ersten Verdichters wird verhindert, dass der zweite Verdichter aufgrund des unzureichenden Eingangsdrucks in einem ungünstigen Wirkungsgrad (oder gar nicht) läuft.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Steuergerät dazu eingerichtet, die zweite Verdichtereinheit so lange in den aktiven Zustand zu versetzen, wie das Luftanforderungssignal anliegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Steuergerät dazu eingerichtet, das Luftanforderungssignal so lange zu generieren, bis der Luftdruck im Druckluftspeicher einen vorbestimmten Abschaltdruck erreicht hat oder überschreitet. Der Abschaltdruck liegt vorzugsweise in einem Bereich von 12,0 bar oder darüber. Alternativ oder zusätzlich liegt der Einschaltdruck in einem Bereich von 10% - 15% unterhalb des Abschaltdrucks.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste Verdichtereinheit dazu eingerichtet, den Durchsatz nach einer vorbestimmten (zweiten) Verzögerungsdauer Wegfall des Luftanforderungssignals anzupassen, insbesondere zu senken. Vorzugsweise liegt die Verzögerungsdauer in einem Bereich von 0,5 Sekunden bis 3,5 Sekunden. Auch dieses fortgesetzte Fördern des höheren Durchsatzes dient dazu, eine Unterversorgung zu vermeiden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Brennstoffzellensystem ein Steuergerät, beispielsweise eine Brennstoffzellensteuerung, auf, welches dazu eingerichtet ist, die erste Verdichtereinheit anzusteuern und welche signalleitend mit dem Steuergerät verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Steuergerät des Brennstoffzellensystems und dem Steuergerät des Druckluftsystems könnte beispielsweise über einen CAN-Bus oder eine ähnliche Bus-Verbindung gewährleistet werden. In alternativen bevorzugten Ausführungsformen kann das Steuergerät auch hardwaremäßig oder softwaremäßig in die Brennstoffzellensteuerung integriert sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Fahrzeug ein der zweiten Verdichtereinheit nachgeschaltetes Luftaufbereitungsmodul auf, wobei vorzugsweise das Steuergerät in das Luftaufbereitungsmodul integriert ist. Auch hier gilt, dass das Steuergerät alternativ auch als dediziertes eigenständiges Steuergerät ausgebildet sein kann. Das Steuergerät kann beispielsweise alternativ auch der zweiten Verdichtereinheit zugeordnet, bzw. auch in deren Steuerung hardwaremäßig oder softwaremäßig integriert sein.
Das vorstehend beschriebene Luftaufbereitungsmodul, auch bezeichnet als APU, und insbesondere als eAPU (Air Processing Unit) umfasst vorzugsweise einen Lufttrockner und/oder eine Ventilanordnung wie beispielsweise ein Mehrkreisschutzventil, und/oder einen Drucksensor. Sofern das Luftaufbereitungsmodul das Steuergerät umfasst, ist das Steuergerät vorzugsweise ferner dazu eingerichtet, den Druck im Strömungsverfahren auslassseitig an der zweiten Verdichtereinheit, und damit den Betrieb des Verdichters, zu regeln und wie vorstehend beschrieben das Luftanforderungssignal zu generieren. Abhängig von der Anwesenheit weiterer Logikeinheiten im Fahrzeug kann es auch sinnvoll sein, das Steuergerät in andere, hier nicht namentlich genannte, Logikeinheiten zu integrieren.
In den vorstehenden Ausführungsformen wurde eine Reihenschaltung der ersten Verdichtereinheit und der zweiten Verdichtereinheit beschrieben, die für den Betrieb der zweiten Verdichtereinheit stets auch den Betrieb der ersten Verdichtereinheit zur Vorverdichtung annahm. Es kann im Betrieb des Fahrzeugs zu Situationen kommen, in denen die erste Verdichtereinheit nicht aktiv ist, beispielsweise bei Defekten, oder wenn die Brennstoffzelle beim Befahren längerer Gefällestrecken oder Standzeiten heruntergefahren wird. Sofern in solchen Situationen dennoch ein Betrieb der zweiten Verdichtereinheit notwendig wird, weist das Fahrzeug in einer bevorzugten Ausführungsform eine Bypassleitung auf, welche die erste Verdichtereinheit überbrückt und stromaufwärts der zweiten Verdichtereinheit mündet. Auf diese Weise wird der Einlass für die zu verdichtende Luft, welcher sonst die erste Verdichtereinheit überbrückt, direkt mit der zweiten Verdichtereinheit verbunden, und die zweite Verdichtereinheit kann, wenn auch mit niedrigerem Einlassdruck als für ihren Betrieb ideal wäre, unter Überbrückung der ersten Verdichtereinheit betrieben werden.
In Ausführungsformen, in denen die erste Verdichtereinheit wenigstens einen Verdichter, d. h. eine Verdichterstufe, aufweist, und in denen der Luftfilterstrom aufwärts des Verdichters angeordnet ist, erstreckt sich die Bypassleitung vorzugsweise von einem Abgang zwischen dem Luftfilter und des Verdichters aus hin zur Zweigleitung. Hierdurch wird auch für den Fall, dass die zweite Verdichtereinheit ohne die erste Verdichtereinheit betrieben werden muss, nur ein Luftfilter notwendig, der dem zentralen Einlass für die Verdichtereinheiten zugeordnet sein kann und unvermindert seinen Dienst leistet, auch wenn die erste Verdichtereinheit nicht aktiv ist.
Die Erfindung ist vorstehend anhand eines ersten Aspektes unter Bezugnahme auf ein Fahrzeug beschrieben worden. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs. Die Erfindung löst die eingangs bezeichnete Aufgabe bei einem solche Verfahren, in dem das Verfahren die Schritte umfasst:
- Versorgen einer Brennstoffzelle mit Druckluft mittels einer ersten Verdichtereinheit, und - Versorgen eines Druckluftsystems des Fahrzeugs mit Druckluft mittels einer zweiten Verdichtereinheit, wobei ein erster Teilstrom der von der ersten Verdichtereinheit ausgegebenen Druckluft der Brennstoffzelle zugeführt wird, und ein zweiter Teilstrom der von der ersten Verdichtereinheit ausgegebenen Druckluft der zweiten Verdichtereinheit zugeführt wird.
Die Erfindung macht sich hinsichtlich des zweiten Aspekts dieselben Vorteile und Erwägungen zunutze, wie das Fahrzeug gemäß dem ersten Aspekt. Bevorzugten Ausführungsformen des Fahrzeugs sind zugleich bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und umgekehrt.
In beispielhaften bevorzugten Ausführungsformen wird das Verfahren mit einem, mehreren oder sämtlichen der folgenden Merkmale weitergebildet:
- Die der zweiten Verdichtereinheit von der ersten Verdichtereinheit zugeführte Druckluft wird zusätzlich verdichtet und dem Druckluftspeicher zugeführt; und/oder
- Die der ersten Verdichtereinheit zugeführte Luft wird stromaufwärts der Zweigleitung gefiltert, insbesondere stromaufwärts der ersten Verdichtereinheit; und/oder
- die erste Verdichtereinheit wird mit einem veränderlichen Durchsatz betrieben ein Luftanforderungssignal wird zur Steuerung des Durchsatzes der ersten Verdichtereinheit generiert, vorzugsweise sobald ein Luftdruck im Druckluftspeicher einen vorbestimmten Einschaltdruck erreicht oder unterschreitet; weiter vorzugsweise solange, bis ein vorbestimmter Abschaltdruck erreicht oder überschritten wird; und/oder
- der von der ersten Verdichtereinheit geförderte Durchsatz wird in Abhängigkeit des Luftanforderungssignals angepasst, insbesondere erhöht;
- in einem ersten Betriebsmodus wird ein erster Durchsatz gefördert, der bei inaktiver zweiter Verdichtereinheit exklusiv der Brennstoffzelle zugeführt wird, und in einem zweiten Betriebsmodus wird ein zweiter Durchsatz gefördert, der höher ist als der erste Durchsatz, und aus dem bei aktiver zweiter Verdichtereinheit der erste Teilstrom für die Brennstoffzelle und der zweite Teilstrom für die zweite Verdichtereinheit gebildet werden, wobei vorzugsweise die Luft im zweiten Betriebsmodus auf den gleichen Ausgangsdruck verdichtet wird wie im ersten Betriebsmodus und/oder als zweiter Teilstrom derselbe Durchsatz gefördert wird wie im ersten Betriebsmodus als Gesamtdurchsatz; und/oder
- die zweite Verdichtereinheit wird angesteuert, nachdem das Luftanforderungssignal generiert worden ist; und/oder
- der von der ersten Verdichtereinheit geförderte Durchsatz wird nach einer vorbestimmten Verzögerungsdauer ab Wegfall des Luftanforderungssignals angepasst, insbesondere gesenkt; und/oder
- die erste Verdichtereinheit mittels einer Bypass-Leitung überbrückt wird, welche stromaufwärts der zweiten Verdichtereinheit mündet.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, und
Fig. 2 ein exemplarischer Verfahrensablauf für den Betrieb des Fahrzeugs gemäß Fig. 1 .
In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1 , welches beispielsweise ein Nutzfahrzeug sein kann, abgebildet. Das Fahrzeug 1 weist ein Brennstoffzellensystem 3 auf, welches eine Verdichtereinheit 5 umfasst. Die Verdichtereinheit 5 weist wenigstens einen (ersten) Verdichter 7 auf, der von einer elektrischen Maschine 9 angetrieben wird. Der Verdichter 7 kann beispielsweise ein Radialverdichter, Axialverdichter oder Scrollkompressor sein. Die Verdichtereinheit 5 ist dazu eingerichtet, Sauerstoff O2 enthaltende Luft an einem Einlass 4 anzusaugen, auf einen ausgangsdruck pn zu verdichten und an einem Auslass 6 mit einem entsprechend des Betriebs der Verdichtereinheit 5 gesteuerten Durchsatz D auszugeben. So wird verdichtete Druckluft L über eine Hauptleitung 8 einer Brennstoffzelle 13 kathodenseitig zugeführt. Optional ist in der Hauptleitung 8 ein Luftbefeuchter 1 1 angeordnet. Das Brennstoffzellensystem 3 weist eine Steuergerät 15 auf, welches als ein oder mehrere bauliche Einheiten aufgebaut sein kann und beispielsweise die Brennstoffzellensteuerung sein kann, und/oder ein Kompressor-Steuergerät. Das Steuergerät 15 kann als dediziertes Steuergerät ausgebildet sein, oder hardwaremäßig oder softwaremäßig in die Brennstoffzelle 13 oder die Verdichtereinheit 5 integriert sein.
Das Fahrzeug 1 weist neben dem Brennstoffzellensystem 3 ferner ein Druckluftsystem 17 auf. Das Druckluftsystem 17 dient zur Versorgung sicherheitsrelevanter und nicht-sicherheitsrelevanter pneumatischer Verbraucher des Fahrzeugs 1 mit der Druckluft L und weist eine dedizierte Verdichtereinheit 19 auf. Die Verdichtereinheit 5 des Brennstoffzellensystems 3 ist somit eine erste Verdichtereinheit und die Verdichtereinheit 19 des Druckluftsystems 17 ist eine separate dedizierte zweite Verdichtereinheit.
Die zweite Verdichtereinheit 19 weist eine elektrische Maschine 21 auf, die dazu eingerichtet ist, einen (zweiten) Verdichter 23 der zweiten Verdichtereinheit 19 anzutreiben, könnte alternativ beispielsweise aber auch ein einen Verbrennungsmotor mittels einer Kupplung angeschlossen sein. Der Verdichter
23 kann beispielsweise ein Kolben- oder Scrollkompressor sein.
Die zweite Verdichtereinheit 19 kann beispielsweise als Kolbenkompressor ausgebildet sein, während die erste Verdichtereinheit 5 des Brennstoffzellensystems vorzugsweise als Turbokompressor ausgebildet ist.
Die zweite Verdichtereinheit 19 des Druckluftsystems 17 ist über einen Einlass
24 und eine Zweigleitung 10 fluidleitend mit dem Auslass 6 der ersten Verdichtereinheit 5 des Brennstoffzellensystems 3 verbunden. Die zweite Verdichtereinheit 19 ist dazu eingerichtet, die ihr über die Zweigleitung 10 zugeführte Druckluft L von dem Ausgangsdruck pu der ersten Verdichtereinheit 5 aus weiter zu verdichten auf einen zweiten ausgangsdruck pi_2 > pu , und diesen weiter verdichteten Teilstrom T2 über einen Auslass 26 abzugeben, während über die Hauptleitung 8 weiterhin Druckluft L bei pn als erster Teilstrom Ti zur Brennstoffzelle 13 gefördert wird. Der Gesamtdurchsatz D setzt sich aus Ti und T2 zusammen.
Das Druckluftsystem 17 weist ein der zweiten Verdichtereinheit 19 nachgeschaltetes Luftaufbereitungsmodul 27, auch bezeichnet als APU (Air Processing Unit) oder eAPU (electronic Air Processing Unit) auf. Das Luftaufbereitungsmodul 27 ist dazu eingerichtet, die von der zweiten Verdichtereinheit 19 verdichtete Luft zu konditionieren, beispielsweise zu trocknen, und mittelbar oder unmittelbar einem fluidleitend mit dem Luftaufbereitungsmodul 27 verbundenen Druckluftspeicher 29 zuzuführen.
Das Druckluftsystem 17 weist ferner ein Steuergerät 31 auf, welches beispielsweise softwaremäßig oder hardwaremäßig in das Luftaufbereitungsmodul 27 integriert sein kann oder ein eigenständiges Steuergerät sein kann. Das Steuergerät 31 des Druckluftsystems 17 ist dazu eingerichtet, die zweite Verdichtereinheit 19 mittels eines Verdichter- Steuersignals Sc zum Betrieb anzusteuern.
Das Steuergerät 31 ist signalleitend mit einem Drucksensor 33 verbunden, wobei der Drucksensor 33 dazu eingerichtet ist, einen Luftdruck ps = pi_2 des Druckluftspeichers 29 zu erfassen. Der Drucksensor 33 ist vorzugsweise baulich dem Druckluftspeicher 29 zugeordnet, kann aber auch in der Fluidleitung zwischen dem Luftaufbereitungsmodul 27 und dem Druckluftspeicher 29 angeordnet sein, oder in das Luftaufbereitungsmodul 27 integriert sein.
Das Steuergerät 31 ist dazu eingerichtet, ein Luftanforderungssignal SL an das Brennstoffzellensystem 3 zu senden, sobald der Druck ps im Druckluftspeicher 29 einen vorbestimmten Einschaltdruck ps erreicht oder unterschreitet. Der Einschaltdruck ps liegt vorzugsweise 10-15% oder mehr unterhalb des eigentlichen Betriebsdrucks des Druckluftspeichers, wie eingehend im allgemeinen Teil beschrieben. Das Steuergerät 31 ist dazu eingerichtet, das Luftanforderungssignal Si_ und das Verdichter-Steuersignal Sc so lange auszusenden, wie es erforderlich ist, um den Druckluftspeicher 29 ausreichend mit Druckluft L zu versorgen. Insbesondere ist das Steuergerät 31 dazu eingerichtet, das Aussenden des Luftanforderungssignals SL und des Verdichter-Steuersignals Sc abzustellen, wenn der Druck ps des Druckluftspeichers 29 einen Abschaltdruck PA erreicht oder überschritten hat, der vorzugsweise 10-15% oberhalb von PE liegt.
Das Erzeugen und Abstellen der Signale SL und Sc, kann zeitgleich erfolgen, kann allerdings auch zeitlich abgestuft erfolgen, wie unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert wird.
Das Brennstoffzellensystem 3 ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit eines Erhalts des Luftanforderungssignals SL den Betrieb der ersten Verdichtereinheit 5 zwischen einem ersten Betriebsmodus Bi und einem zweiten Betriebsmodus B2 umzuschalten. In dem ersten Betriebsmodus Bi ist die erste Verdichtereinheit 5 dazu eingerichtet, einen ersten Durchsatz Di zu fördern und zu verdichten, der ausreichend für einen Betrieb der Brennstoffzelle 13 ist, insbesondere für einen Betrieb mit Sauerstoffüberschuss.
Die erste Verdichtereinheit 5 ist dazu eingerichtet, im zweiten Betriebsmodus B2 einen zweiten Durchsatz D2 zu fördern, der soviel größer ist als der erste Durchsatz Di, dass der zweite Teilstrom T2 zusätzlich gefördert wird, ohne dass der Ausgangsdruck pui abfällt.
Der zweite Betriebsmodus B2 wird in der Regel aktiviert, wenn das Steuergerät 31 des Druckluftsystems 17 die zweite Verdichtereinheit 19 mittels Aussenden des Verdichter-Steuersignals Sc aktiviert, um den Druck im Druckluftspeicher 29 zu erhöhen. Bei aktivierter zweiter Verdichtereinheit 19 wird der Durchsatz D2, der am Auslass 6 der ersten Verdichtereinheit 5 anliegt, in den ersten Teilstrom Ti und den zweiten Teilstrom T2 aufgeteilt, wobei der erste Teilstrom Ti vorzugsweise einen genau so hohen Durchsatz aufweist, wie Di im ersten Betriebsmodus Bi. Der zusätzliche Durchsatz (D2 - Di) strömt als der zweite Teilstrom T2 durch die Zweigleitung 10 in die erste Verdichtereinheit 19.
Das Fahrzeug 1 weist einen Luftfilter 34 auf, der dazu eingerichtet ist, die vom Brennstoffzellensystem 3 angesaugte Luft O2 vor Eintritt in die erste Verdichtereinheit 5 in allgemein bekannter Weise zur reinigen. Durch das Inreiheschalten der ersten Verdichtereinheit des Brennstoffzellensystems mit der zweiten Verdichtereinheit 19 des Druckluftsystems 17 ergibt sich hier ein weiterer spezifischer Vorteil der Erfindung: Es wird zum kontaminationsfreien Betrieb beider Verdichtereinheiten 5, 19 lediglich ein einziger Luftfilter 34 benötigt. Der Luftfilter 34 kann dem Brennstoffzellensystem 3 zugeordnet sein, er kann aber auch, wie hier in Fig. 1 angedeutet, als dedizierte Baueinheit dem Brennstoffzellensystem 3 vorgeschaltet werden. Auch im Überbrückungsbetrieb mittels der Bypassleitung 37 ist der Luftfilter 34 aktiv und wird dann unter Umgehung der ersten Verdichtereinheit 5 zum direkten Filtern der ausschließlich der zweiten Verdichtereinheit 19 zugeführten Strom an Luft O2 genutzt.
Der vorstehend beschriebene Anwendungsfall, der als Hauptanwendungsfall betrachtet wird, setzt einen simultanen Betreib der ersten Verdichtereinheit 5 und der zweiten Verdichtereinheit 19 über zumindest bestimmte Zeitabschnitte im zweiten Betriebsmodus B2 voraus. Es kann allerdings Betriebssituationen geben, in denen die erste Verdichtereinheit 5 nicht betrieben werden kann, dennoch allerdings Druckluft zum Erhöhen des Druckluftspeichers 29 benötigt wird. Für diese Situationen weist das Fahrzeug 1 eine Bypassleitung 37 auf, die sich von einem Abgang 35 stromaufwärts des Verdichters 7 bis zu einem Anschlussstück 41 in der Zweigleitung 10 erstreckt. Ein Rückschlagelement 39 verhindert einen ungewollten Rückstrom von Druckluft L in Richtung des Abgangs 35.
In Fig. 2 ist ein exemplarischer Verfahrensablauf für den Betrieb des Fahrzeugs 1 gemäß Fig. 1 illustriert.
In der nachfolgenden Beschreibung sind mehrere Verfahrensschritte der Reihe nach beschrieben und abgebildet. Im tatsächlichen Betrieb des Fahrzeugs 1 müssen diese Schritte aber nicht notwendigerweise in dieser zeitlichen Reihenfolge ausgeführt werden, sondern können zumindest partiell auch zeitgleich stattfinden. Die nachfolgende Schilderung der Reihe nach dient dem besseren Verständnis.
In einem Ausgangsschritt 101 des Verfahrens 100 wird das Fahrzeug 1 zum Fahren betrieben. Sobald in einem ersten Entscheidungsschritt 103 entschieden wird, dass ein Betrieb des Brennstoffzellensystems 3 notwendig ist, wird im nächsten Verfahrensschritt 105 die Brennstoffzelle 13 im ersten Betriebsmodus Bi dazu angetrieben, einen ersten Durchsatz Di an Druckluft L zu fördern. Solange das Fördern von Druckluft L mittels der ersten Verdichtereinheit 5 durchgeführt, wird in Schritt 102 ein Versorgen einer Brennstoffzelle mit Druckluft mittels einer ersten Verdichtereinheit durchgeführt.
Sofern das Fahrzeug 1 für seinen Betrieb Druckluft aus dem Druckluftsystem 17 benötigt, so wird diese aus dem Druckluftspeicher 29 zur Verfügung gestellt. Sobald in einem Schritt 107 erkannt wird, dass der Druck ps den Einschaltdruck PE erreicht oder unterschreitet, erzeugt das Steuergerät 31 den Schritt 109 das Luftanforderungssignal SL, infolge dessen in Schritt 1 1 1 die erste Verdichtereinheit 5 in dem zweiten Betriebsmodus B2 zum Aussteuern des zweiten Durchsatzes D2 veranlasst wird. Sobald der erforderliche Durchsatz D2 für die beiden Teilströme Ti, T2 erreicht ist, und/oder nach Verstreichen einer vorbestimmten ersten Verzögerungsdauer ti was in Schritt 1 13 geprüft wird, wird auch die zweite Verdichtereinheit 19 mittels des Verdichter-Steuersignals Sc in Schritt 1 15 zur Aufnahme des Betriebs angesteuert.
Solange das Fördern des zweiten Teilstroms T2 durch die zweite Verdichtereinheit 19 erfolgt, wird also ein Verfahrensschritt 1 16 des Versorgens des Druckluftsystems 17 des Fahrzeugs 1 mit Druckluft L mittels der zweiten Verdichtereinheit 19 ausgeführt, wobei der erste Teilstrom Ti der von der ersten Verdichtereinheit 5 ausgegebenen Druckluft L der Brennstoffzelle 13 zugeführt wird, und der zweite Teilstrom T2 der von der ersten Verdichtereinheit 5 ausgegebenen Druckluft L der zweiten Verdichtereinheit 19 zugeführt wird. Das Luftanforderungssignal SL liegt währenddessen weiter an. Der simultane Betrieb beider Verdichtereinheiten 5, 19 wird so lange fortgesetzt, wie im Druckluftspeicher 29 der Druck ps noch angehoben werden muss.
Sobald in Schritt 117 ermittelt wird, dass der Druck ps den Abschaltdruck PA erreicht oder überschreitet, wird, vorzugsweise nach einem Einhalten einer zweiten Verzögerungsdauer t2 in Schritt 1 19 der Betrieb der zweiten Verdichtereinheit mittels Abstellen des Verdichter-Steuersignals Sc in Schritt 121 eingestellt.
Nachdem vorzugsweise eine dritte Verzögerungsdauer t3 in Schritt 123 erreicht wurde, kann in Schritt 125 auch das Luftanforderungssignal SL abgestellt werden, und in den Betrieb nur der ersten Verdichtereinheit 5 gemäß Schritt 105 oder keiner Verdichtereinheit gemäß Schritt 101 zurückgekehrt werden.
Nachfolgend soll auf eine alternative Betriebssituation eingegangen werden, die sich einstellen kann. Sofern im Betrieb gemäß Schritt 101 des Fahrzeugs 1 bei der Überprüfung gemäß Schritt 103 ermittelt wird, dass ein Betrieb des Brennstoffzellensystems 3 nicht erforderlich ist, aber in einem folgenden Schritt 104 ermittelt wird, dass der Druck ps im Druckluftspeicher 29 den Einschaltdruck ps unterschreitet, wird das Verdichter-Steuersignal Sc vom Steuergerät 31 an die zweite Verdichtereinheit 19 übermittelt, ohne zuvor die erste Verdichtereinheit 5 anzusteuern, siehe Schritt 106.
Infolgedessen wird in einem Schritt 108 die erste Verdichtereinheit 5 des Brennstoffzellensystems 3 überbrückt mittels der Bypassleitung 37. In Schritt 1 10 verdichtet die zweite Verdichtereinheit 19 des Druckluftsystems 17 in einem dritten Betriebsmodus B3 die einlassseitig zugeführte Luft O2 bei Umgebungsdruck (beziehungsweise dem Einlass-Druck stromaufwärts des Brennstoffzellensystems 3). Es wird vorzugsweise ein dritter Durchsatz D3 gefördert, der beispielsweise dem zuvor beschriebenen Teilstrom T2=(D2-DI) entsprechen kann. Sobald in Schritt 112 ermittelt wird, dass der Druck ps im Druckluftspeicher 29 größer oder gleich dem Abschaltdruck PA ist, kann in Schritt 114 das Verdichter- Steuersignal Sc abgestellt werden, und zum Betrieb des Fahrzeugs wie gemäß Schritt 101 zurückgekehrt werden.
BEZUGSZEICHENLISTE (TEIL DER BESCHREIBUNG)
1 Fahrzeug
3 Brennstoffzellensystem
4 Einlass, Brennstoffzellensystem
5 erste Verdichtereinheit, Brennstoffzellensystem
6 Auslass, Brennstoffzellensystem
7 (erster) Verdichter, Brennstoffzellensystem
8 Hauptleitung
9 el. Maschine, Brennstoffzellensystem
10 Zweigleitung
11 Luftbefeuchter
13 Brennstoffzelle
15 Steuergerät, Brennstoffzellensystem
17 Druckluftsystem
19 zweite Verdichtereinheit, Druckluftsystem
21 elektrische Maschine, Druckluftsystem
23 (zweiter) Verdichter, Druckluftsystem
24 Einlass, zweite Verdichtereinheit
29 Druckluftspeicher, Druckluftsystem
31 Steuergerät, Druckluftsystem
34 Luftfilter
35 Abgang zu Bypassleitung
37 Bypassleitung
41 Anschlussstück von Bypassleitung
100 Verfahren 101 Ausgangsschritt
102 Versorgen der Brennstoffzelle
103 Entscheidung Betrieb Brennstoffzelle
104 Erfassen ps < PE
105 Start Betriebsmodus Bi
106 Beginn Ansteuern zweite Verdichtereinheit
107 Erfassen ps < PE
108 Überbrücken erste Verdichtereinheit
109 Generieren von Luftanforderungssignal SL
110 Start Betriebsmodus B3
111 Start Betriebsmodus B2
112 Erfassen ps PA
113 Erfassen D=Ü2 und/oder ti
114 Ende Betriebsmodus B3
115 Beginn Ansteuern zweite Verdichtereinheit
116 Versorgen des Druckluftsystems
117 Erfassen ps PA
119 Erfassen t2
121 Ende Ansteuern zweite Verdichtereinheit, Ende B2
123 Erfassen t3
125 Ende Generieren von Luftanforderungssignal SL
BI, B2, B3 Betriebsmodi
D, Di, D2, D3 Durchsatz
L Druckluft
O2 Luft ti, t2, t3 Verzögerungsdauer Ti, T2 Teilstrom
SL Luftförderungssignal
Sc Steuersignal pn Ausgangsdruck erste Verdichtereinheit pi_2 Ausgangsdruck zweite Verdichtereinheit ps Luftdruck Druckluftspeicher
PE Einschaltdruck
PA Abschaltdruck

Claims

ANSPRÜCHE:
1 . Fahrzeug (1 ), insbesondere Nutzfahrzeug, mit einem Brennstoffzellensystem (3), welches eine erste Verdichtereinheit (5) zur Versorgung einer Brennstoffzelle (13) mit Druckluft (L) aufweist, und einer zweiten Verdichtereinheit (19) zur Versorgung eines Druckluftsystems (17) des Fahrzeugs (1 ) mit Druckluft (L), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verdichtereinheit (5) einen Auslass (6) aufweist, welcher mittels einer Zweigleitung (10) derart fluidleitend mit einem Einlass (24) der zweiten Verdichtereinheit (19) verbunden ist, dass ein erster Teilstrom (Ti) der von der ersten Verdichtereinheit (5) ausgegebenen Druckluft (L) der Brennstoffzelle (13) zugeführt wird, und ein zweiter Teilstrom (T2) der von der ersten Verdichtereinheit (5) ausgegebenen Druckluft (L) der zweiten Verdichtereinheit (19) zugeführt wird.
2. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die zweite Verdichtereinheit (19) auslassseitig fluidleitend mit einem Druckluftspeicher (29) verbunden und dazu eingerichtet ist, die ihr von der ersten Verdichtereinheit (5) zugeführte Druckluft (L) zusätzlich zu verdichten und dem Druckluftspeicher (29) zuzuführen.
3. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Verdichtereinheit (5) einen Luftfilter (34) aufweist, welcher stromaufwärts der Zweigleitung (10) angeordnet ist.
4. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 3, wobei die erste Verdichtereinheit (5) einen Verdichter (7) aufweist, und der Luftfilter (34) stromaufwärts des Verdichters (7) angeordnet und dazu eingerichtet ist, der ersten Verdichtereinheit (5) zugeführte Luft (O2) vor Eintritt in den Verdichter (7) zu filtern.
5. Fahrzeug (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Verdichtereinheit (5) dazu eingerichtet ist, mit einem veränderlichen Durchsatz (D; Di ; D2) betrieben zu werden, und das Fahrzeug (1 ) ein Steuergerät (31) aufweist, das dazu eingerichtet ist, ein Luftanforderungssignal (SL) zur Steuerung des Durchsatzes der ersten Verdichtereinheit (5) zu generieren.
6. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 5, wobei das Brennstoffzellensystem 3, insbesondere die erste Verdichtereinheit (5), signalleitend mit dem Steuergerät (31 ) verbunden und dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit des Luftanforderungssignals (SL) den von ihr geförderten Durchsatz (D) anzupassen, insbesondere zu erhöhen.
7. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 6, wobei die erste Verdichtereinheit (5) dazu eingerichtet ist, in einem ersten Betriebsmodus (Bi) einen ersten Durchsatz (Di) zu fördern, der bei inaktiver zweiter Verdichtereinheit (19) exklusiv der Brennstoffzelle (13) zugeführt wird, und in einem zweiten Betriebsmodus (B2) einen zweiten Durchsatz (D2) zu fördern, der höher ist als der erste Durchsatz (Di), und aus dem bei aktiver zweiter Verdichtereinheit (19) der erste Teilstrom (Ti) für die Brennstoffzelle (13) und der zweite Teilstrom (T2) für die zweite Verdichtereinheit (19) gebildet werden.
8. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 7, wobei die erste Verdichtereinheit (5) dazu eingerichtet ist, im zweiten Betriebsmodus (B2) die Luft auf den gleichen Ausgangsdruck (pu) zu verdichten wie im ersten Betriebsmodus (Bi).
9. Fahrzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, mit einem Drucksensor (33) zur Erfassung des Luftdrucks (ps) im Druckluftspeicher (29), wobei das Steuergerät (31 ) mit dem Drucksensor (33) signalleitend verbunden und dazu eingerichtet ist, das Luftanforderungssignal (SL) ZU generieren, sobald der Luftdruck (ps) im Druckluftspeicher (29) einen vorbestimmten Einschaltdruck (ps) erreicht oder unterschreitet.
10. Fahrzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei das Steuergerät (31 ) dazu eingerichtet ist, die zweite Verdichtereinheit (19) zur Verdichtung der ihr zugeführten Druckluft (L) anzusteuern, nachdem das Luftanforderungssignal (SL) generiert worden ist, vorzugsweise nach einer vorbestimmten Verzögerungsdauer (ti).
11 . Fahrzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei das Steuergerät (31 ) dazu eingerichtet ist, die zweite Verdichtereinheit (19) so lange in den aktiven Zustand zu versetzen, wie das Luftanforderungssignal (SL) anliegt.
12. Fahrzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , wobei das Steuergerät (31 ) dazu eingerichtet ist, das Luftanforderungssignal (SL) solange zu generieren, bis der Luftdruck (ps) im Druckluftspeicher (29) einen vorbestimmten Abschaltdruck (PA) erreicht oder überschreitet.
13. Fahrzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei das Brennstoffzellensystem (3), insbesondere die erste Verdichtereinheit (5) dazu eingerichtet ist, den Durchsatz (D) nach einer vorbestimmten Verzögerungsdauer (t2, ts) ab Wegfall des Luftanforderungssignals (SL) anzupassen, insbesondere zu senken.
14. Fahrzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 13, wobei das Brennstoffzellensystem (3) ein Steuergerät (15) aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die erste Verdichtereinheit (5) anzusteuern, und welches signalleitend mit dem Steuergerät (31 ) des Druckluftsystems (17) verbunden ist.
15. Fahrzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 14, wobei das Fahrzeug (1 ) ein der zweiten Verdichtereinheit (19) nachgeschaltetes Luftaufbereitungsmodul (27) aufweist, und wobei vorzugsweise das Steuergerät (31 ) in das Luftaufbereitungsmodul (27) integriert ist.
16. Fahrzeug (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Bypass-Leitung (37), welche die erste Verdichtereinheit (5) überbrückt und stromaufwärts der zweiten Verdichtereinheit (19) mündet.
17. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 16, wobei die erste Verdichtereinheit (5) wenigstens einen Verdichter (7) aufweist, der Luftfilter (34) stromaufwärts des Verdichters (7) angeordnet ist, und sich die Bypass-Leitung (37) von einem Abgang (35) zwischen dem Luftfilter (34) und dem Verdichter (7) aus zur Zweigleitung (10) erstreckt.
18. Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (1 ), insbesondere Nutzfahrzeugs, umfassend die Schritte:
- Versorgen (102) einer Brennstoffzelle (13) mit Druckluft (L) mittels einer ersten Verdichtereinheit (5), und
- Versorgen (116) eines Druckluftsystems (17) des Fahrzeugs (1 ) mit Druckluft (L) mittels einer zweiten Verdichtereinheit (19), wobei ein erster Teilstrom (Ti) der von der ersten Verdichtereinheit (5) ausgegebenen Druckluft (L) der Brennstoffzelle (13) zugeführt wird, und ein zweiter Teilstrom (T2) der von der ersten Verdichtereinheit (5) ausgegebenen Druckluft (L) der zweiten Verdichtereinheit (19) zugeführt wird.
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