EP4630274A1 - Verfahren und vorrichtung zum thermomanagement eines brennstoffzellensystems eines fahrzeugs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum thermomanagement eines brennstoffzellensystems eines fahrzeugs

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EP4630274A1
EP4630274A1 EP23820829.2A EP23820829A EP4630274A1 EP 4630274 A1 EP4630274 A1 EP 4630274A1 EP 23820829 A EP23820829 A EP 23820829A EP 4630274 A1 EP4630274 A1 EP 4630274A1
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EP
European Patent Office
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fuel cell
cell system
vehicle
heat output
power
Prior art date
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Pending
Application number
EP23820829.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christof Bunz
Luisa Söhner
Ottmar Gehring
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Daimler Truck Holding AG
Original Assignee
Daimler Truck AG
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a method for thermal management of a fuel cell system of a vehicle according to the preamble of claim 1 and a device for thermal management of a fuel cell system of a vehicle according to claim 10.
  • a fuel cell system generates waste heat during operation, which must be dissipated by a cooling system.
  • the fuel cell system must first be warmed up.
  • a fuel cell system therefore requires a thermal management system in order to always be able to operate in the correct temperature range.
  • the cooling capacity of a thermal management system has its limits. However, the thermal management system can dissipate different amounts of heat to the environment depending on the ambient conditions (outside temperature) and driving situation (driving speed, traffic). The fuel cell itself loses efficiency over the course of its service life and thus generates more and more waste heat while generating almost the same amount of electrical energy. If a thermal management system for a fuel cell system were designed in such a way that it could dissipate the maximum possible waste heat from the fuel cell system in all situations and at all stages of aging of the fuel cell, it would be enormously large, heavy and expensive and therefore inefficient. With a moderate design of a thermal management system, it may therefore be the case that the full fuel cell performance cannot be called upon in all situations.
  • US 10 369 899 B2 describes systems and methods for determining battery heating conditions and preheat lead times of at least one minute or more based on input parameters and sets of input parameters to proactively and dynamically heat a secondary battery such that the battery has a specific power output and a specific performance level when used in an electric or hybrid vehicle application.
  • the invention is based on the object of specifying a novel method and a novel device for thermal management of a fuel cell system of a vehicle.
  • the object is achieved according to the invention by a method for thermal management of a fuel cell system of a vehicle having the features of claim 1 and by a device for thermal management of a fuel cell system of a vehicle having the features of claim 10.
  • a thermal output of an overall cooling system of the vehicle is estimated using a physical model, taking into account a current driving situation of the vehicle and existing ambient conditions.
  • a thermal output in an ECO mode which can be dissipated without switching on one or more auxiliary consumers, including at least one fan and, for example, including at least one valve
  • a thermal output of the overall cooling system in a power mode which can be dissipated when switching on one or more auxiliary consumers, including at least one fan and, for example, including at least one valve
  • an energy management system which, for example, with the aid of a current battery state of charge (SOC) and current driving resistances, which are made up of the sum of air, rolling and gradient resistance, calculates a fuel cell target output that is independent of the thermal output, a target output that can currently be called up by the fuel cell system and, if necessary, limited by the thermal output is determined on the
  • the energy management system increases the requested target power of the fuel cell.
  • a driving speed and/or a temperature of a cooling medium is taken into account for the current driving situation.
  • an ambient temperature is taken into account as an ambient condition.
  • the energy management system calculates the possible electrical power of the fuel cell based on a characteristic map that takes into account the current aging of the fuel cell system and requests this from the fuel cell.
  • an estimate for a mass flow of the cooling medium to be provided by one or more pumps is estimated from a current waste heat of the fuel cell system, which is taken into account in the estimation of heat that can be dissipated by one or more coolers in addition to the current driving situation and the existing ambient conditions.
  • the required target temperature at the fuel cell system inlet can be set using one or more valves.
  • a current waste heat of the fuel cell system and a heat that can be dissipated by one or more coolers are taken into account.
  • a mass flow to be provided by the at least one fan is estimated from the waste heat required for the at least one fan in order to determine an energy-optimal distribution of the mass flows to the fans and a corresponding control of the fans.
  • a prediction is made for an upcoming route, whereby a course of the expected driving speed of the vehicle and a course of the expected ambient temperature are determined on the basis of a planned route using a web-based traffic service and/or a prediction module, whereby a thermal model of the cooling system is used to use this data to determine for the upcoming route how the realizable cooling capacity of the cooling system and the corresponding characteristic value will develop in ECO mode and in power mode, and on this basis to plan an optimal performance trajectory for the fuel cell system, taking into account the route and the external environmental influences.
  • a device for thermal management of a fuel cell system of a vehicle comprising an energy management system of the fuel cell system and a vehicle controller which is/are configured to carry out the method according to one of the preceding claims.
  • the thermal management estimates the currently possible cooling performance of the cooling system in two performance levels (ECO and Power)
  • a central control unit is informed about the currently available cooling capacity
  • the thermal management of a fuel cell commercial vehicle determines the currently available cooling capacity of the cooling system, taking into account the current driving conditions and ambient conditions. It can therefore provide information on the cooling potential without additional energy requirements (ECO mode) and with additional energy requirements (Power mode), for example through fans. This information is made available to the energy management system via an interface, whereby the most energy-efficient operating points of the fuel cell system system. A specific value of the actual power demanded by auxiliary equipment per kW of excess heat removed is used to determine whether more cooling capacity is beneficial or not.
  • the service life of fuel cell systems depends to a large extent on good and constant temperature control in the optimal comfort range of the fuel cell. The more often overheating is avoided, the better the service life of the fuel cell will be.
  • the interface according to the invention allows the fuel cell to be used more reliably in the optimal temperature range.
  • the use of hydrogen as a fuel should be as efficient as possible. Operating conditions in which an unnecessary amount of hydrogen is consumed without generating any gain in driving performance or the on-board network should be avoided.
  • the power requirement for the fuel cell must therefore be regulated so that the energy requirement of the auxiliary units is as optimal as possible.
  • the present invention improves both of the above points and can be designed optimally, since overheating and inefficient operating conditions of the fuel cell can be avoided by passing on the current or anticipated conditions of the thermal management system to the energy management system.
  • the invention allows the necessary design reserves of the thermal management system to be minimized and a maximum efficient thermal management to be designed; it is therefore always used almost optimally.
  • Fig. 1 is a schematic view of a method for estimating a dissipable heat output with and without fans in a fuel cell vehicle
  • Fig. 2 is a schematic view of a reactive method for thermal management of the fuel cell vehicle
  • Fig. 3 is a schematic view of a predictive method for thermal management of the fuel cell vehicle
  • Fig. 4 is a schematic view of a simplified model for estimating the cooling capacity dissipated by a vehicle radiator
  • Fig. 5 is a schematic view of a method for estimating air mass flows
  • Fig. 6 shows a schematic progression of a driving performance horizon FLH with predictive control.
  • Figure 1 is a schematic view of a method for estimating dissipable heat power with and without fan activation in a fuel cell vehicle.
  • Figure 2 is a schematic view of a reactive method for thermal management of the fuel cell vehicle.
  • the fuel cell vehicle has a vehicle controller 1 that is configured to carry out the control of the thermal management system.
  • the vehicle controller estimates the currently dissipable heat output of the overall cooling system, for example the heat Q K I , K2 that can be dissipated by one or more coolers 5, based on a physical model that takes into account the current driving situation, for example a driving speed v and a temperature TKM of a cooling medium, and the existing ambient conditions, for example an ambient temperature Tu .
  • a current state of charge SOC of the battery and current driving resistances AFW which consist of the sum of air, rolling and gradient resistance, are taken into account to determine a fuel cell target output without thermal limitation.
  • the mass flow of the cooling water can be determined based on the current pump speed, while the air mass flow is known from simulation calculations, measurements and empirical values. Possible inaccuracies can be compensated for by a downstream correction factor or a correction function.
  • the model uses, for example, characteristic maps relating to the thermal conductivity of the cooler manufacturers at a constant, predetermined air mass flow, which can be assumed to be different for ECO mode and power mode, through the coolers for the possible heat QKI, QK2 that can be dissipated.
  • Figure 4 shows a schematic view of a simplified model for estimating the cooling capacity dissipated by a cooler 5.
  • KoW a difference is formed between a cooling water inlet temperature Tw and an air inlet temperature TL of the cooler 5 and multiplied by the thermal conductivity WLW determined by the characteristic map KF, which this determines based on a cooling water mass flow m w and an air mass flow m L of the cooler.
  • the cooling water mass flow m w is in a known relationship to the volume flow via the density of the cooling water.
  • the mass flow m w of a pump can be determined either from the input drive power and the generated operating pressure as in the above formulas or by a linear relationship between pump speed and mass flow m w , which was previously determined by testing the system in question.
  • the current mass flow m w relates to a maximum mass flow as the current pump speed relates to a maximum pump speed.
  • Figure 5 is a schematic view of a method for estimating air mass flows m L .
  • the air mass flow m L through the coolers 6 can be determined from a combination of simulation results SE, in particular for determining an air mass flow m LL through a fan 4 and characteristic maps KFEW with empirical values, in particular for determining an air mass flow m LFW from the airstream, as well as current ambient conditions such as driving speed v and ambient temperature Tu.
  • a total air mass flow m ⁇ a y es can then be calculated as the sum of the
  • a heat output QECO is determined that can be dissipated without additional measures such as switching on one or more fans 4.
  • the dissipable heat output QECO is determined, which results exclusively from the airflow. This results in a heat output value that means the lowest energy consumption of the auxiliary consumers (ECO mode).
  • a heat output QPOWER can be determined that can be dissipated including additional measures such as switching on one or more fans 4. This results in a heat output value that means an increased energy consumption of the auxiliary consumers, but enables more power from the fuel cell (Power mode).
  • the vehicle control 1 for carrying out the thermal management has an interface 2 to an energy management system ENM of the fuel cell, which informs the energy management system ENM about these two currently possible thermal cooling capacities.
  • the energy management system ENM can then use this information to determine which electrical power can currently be called up from the fuel cell. Using a map that also takes into account the current aging of the fuel cell system, the energy management system ENM can calculate the possible electrical power of the fuel cell and request this from the fuel cell. Depending on the current situation, the energy management system ENM can then decide whether the fuel cell is operated at an operating point that means the least energy for the auxiliary units (thermal management in ECO mode) or whether the more energy-intensive power mode is required. In addition, the vehicle control system 1 uses heuristic logic to determine how much energy the auxiliary consumers required for cooling, such as pumps 6 and fans 4, currently require. From this, a characteristic value KW can be determined, which indicates how much electrical power must currently be used to dissipate a certain heat output.
  • an estimate for a mass flow m P of the cooling medium to be provided by one or more pumps 6 is estimated from a current waste heat QBZ of the fuel cell system, which can be taken into account in the estimation of the heat QKI , QK2 that can be dissipated by one or more coolers 5 in addition to the current driving situation, for example the driving speed v and the temperature TKM of the cooling medium, and the existing ambient conditions, for example the ambient temperature Tu.
  • a current waste heat QBZ of the fuel cell system and a heat QKI, QK2 that can be dissipated by one or more coolers 5 can be taken into account.
  • a mass flow m L1 , m L2 can be estimated, which is to be provided by the at least one fan 4. From this, an energy-optimal distribution 9 of the mass flows m L1 , m L2 to the fans 4 and a corresponding control 3 of the fans 4 can be determined.
  • the cooling system could generate a high cooling capacity with heavy use of auxiliary units, such as fans 4, whereby the electrical energy consumption would be so high that the additional fuel cell power gained would ultimately be completely used up or even exceeded.
  • the energy management system ENM is used when taking into account 10 of the Limitations of the thermal management do not allow the target power Ps of the fuel cell system to be increased any further. If the value is significantly lower, for example 0.2 kW of electrical power per kW of thermal power, the energy management system ENM can increase the requested target power Ps of the fuel cell.
  • Figure 3 is a schematic view of a predictive method for thermal management of the fuel cell vehicle.
  • the vehicle control 1 can be configured to make a prediction for the route ahead. Based on the planned route, the course v(t) of the expected driving speed of the vehicle can be determined using a web-based traffic service and/or another prediction module 7.
  • a gradient and curvature profile of the route can be determined, for example from a digital map. From this information, it is possible to use a longitudinal dynamics model to determine a real drivable speed profile and an associated drive and/or braking torque power requirement over a forecast horizon or driving performance horizon FLH (see Figure 3). From the resulting energy requirements, a fuel cell power Ps(t) required in the forecast horizon can then be determined in the energy management ENM, in particular in a module 13 for determining the driving performance-oriented and SOC-based energy distribution horizon of the high-voltage battery as part of the energy management ENM, and waste heat can be determined from the efficiency map of the fuel cell. If the waste heat from the auxiliary consumers, the battery and a possible continuous brake are added to this, this gives the total cooling requirements that can be plotted over the forecast horizon.
  • Figure 6 shows a schematic progression of a driving performance horizon FLH with predictive control with trajectories for driving speed v (e.g. from speed prediction), road gradient FBS (e.g. from map) and ambient temperature Tu (e.g. from web service) over a distance ahead s.
  • the variables that can be calculated from this are an estimated drive power ATL, an estimated fuel cell power BZL, a state of charge SOC of a battery, a waste heat QBZ of the fuel cell system, an available cooling capacity QKI, QK2 (e.g. due to airflow) and a required fan activation BLZ.
  • a trend in the expected ambient temperature Tu(t) and other weather data, such as rain can be retrieved, for example from the cloud 8.
  • this data can be used to calculate how the cooling system's realizable cooling capacity and the corresponding energy consumption parameter KW will develop for the upcoming route - both in ECO mode and in power mode. To do this, it is calculated whether, based on the expected driving performance for the upcoming route s, the resulting expected fuel cell waste heat can be dissipated with the help of all actuators, for example one or more pumps 6, one or more coolers 5, one or more coolers 4 and one or more valves 11. If this is not the case, a limit violation LV is detected and the expected fuel cell target performance is corrected in the energy management ENM.
  • the energy management system ENM is able to plan an optimal power trajectory Ps(t) for the fuel cell system, taking into account the driving distance s and the external environmental influences. If, for example, the planning already knows that the fuel cell power BZL has to be reduced on an uphill stretch due to thermal management (limit violations LV thermal system on the horizon), it can start up the fuel cell earlier - and in situations where the cooling situation is easier - and provide an appropriate energy buffer in a high-voltage battery.
  • the device and the method can be used in a fuel cell vehicle, in particular in a commercial vehicle, for example a heavy commercial vehicle.
  • a fuel cell vehicle in particular in a commercial vehicle, for example a heavy commercial vehicle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Thermomanagement eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs, wobei anhand eines physikalischen Modells unter Berücksichtigung einer aktuellen Fahrsituation des Fahrzeugs und vorliegender Umgebungsbedingungen eine Wärmeleistung eines Gesamt-Kühlsystems des Fahrzeugs geschätzt wird, wobei eine Wärmeleistung (Q ECO) in einem ECO-Modus, die ohne Zuschaltung eines oder mehrerer Nebenverbraucher, einschließlich mindestens eines Lüfters (4), abführbar ist, und eine Wärmeleistung (Q POWER) des Gesamt-Kühlsystems in einem Power-Modus, die bei Zuschaltung eines oder mehrerer Nebenverbraucher, einschließlich mindestens eines Lüfters (4), abführbar ist, ermittelt wird, wobei in einem Energiemanagementsystem (ENM) auf Basis dieser Wärmeleistungen (Q ECO, Q POWER) eine aktuell vom Brennstoffzellensystem abrufbare Solleistung (Ps) ermittelt und entschieden wird, ob das Brennstoffzellensystem im ECO-Modus oder im Power-Modus betrieben wird, wobei mittels einer heuristischen Logik ermittelt wird, wieviel Energie die zur Kühlung benötigten Nebenverbraucher aktuell benötigen, um einen Kennwert (KW) zu ermitteln, der besagt, wieviel elektrische Leistung aktuell für das Abführen einer gewissen Wärmeleistung eingesetzt werden muss, wobei bei einem Wert von mehr als 1kW elektrischer Leistung pro kW abgeführter Wärmeleistung die Leistung des Brennstoffzellensystems nicht erhöht wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Thermomanagement eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Thermomanagement eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Thermomanagement eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 10.
Ein Brennstoffzellensystem erzeugt im Betrieb Abwärme, die durch ein Kühlsystem abgeführt werden muss. Bei kalten Außentemperaturen oder im Warmlauf muss das Brennstoffzellen-System andererseits zunächst aufgewärmt werden. Ein Brennstoffzellensystem benötigt daher ein Thermomanagementsystem, um immer im richtigen Temperaturbereich arbeiten zu können.
Die Kühlfähigkeit eines Thermomanagementsystems hat Grenzen. Das Thermomanagementsystem kann jedoch je nach Umgebungsbedingung (Außentemperatur) und Fahrsituation (Fahrgeschwindigkeit, Verkehr) unterschiedliche Wärmemengen an die Umgebung abführen. Die Brennstoffzelle selbst verliert im Laufe der Lebensdauer an Wirkungsgrad und erzeugt dadurch immer mehr Abwärme bei annähernd gleichbleibender erzeugter elektrischer Energie. Würde ein Thermomanagementsystem für ein Brennstoffzellen-System so ausgelegt werden, dass es in allen Lebenslagen und bei allen Alterungszuständen der Brennstoffzelle die maximal mögliche Abwärme des Brennstoffzellen-Systems abführen kann, so würde es enorm groß, schwer und teuer und somit ineffizient. Mit einer moderaten Auslegung eines Thermomanagementsystems kann es also dazu kommen, dass nicht in allen Lebenslagen die volle Brennstoffzellen-Leistung abgerufen werden kann. Dies kann zu Überhitzungen des Brennstoffzellen-Systems und Lebensdauereinbußen führen. Außerdem besteht in manchen Situationen die Möglichkeit, dass die Abwärme abgeführt werden könnte, der Energiebedarf für die verwendeten Nebenaggregate dabei aber so hoch wäre, dass es aus energetischer Sicht keinen Sinn macht. Die Leistung des Brennstoffzellen-Systems muss in solchen Situationen deshalb zurückgeregelt werden.
US 10 369 899 B2 beschreibt Systeme und Verfahren zum Bestimmen von Batterieheizbedingungen und Vorheizvorlaufzeiten von mindestens einer Minute oder mehr, basierend auf Eingabeparametern und Sätzen von Eingabeparametern, um eine Sekundärbatterie vorausschauend und dynamisch zu heizen, so dass die Batterie eine spezifische Leistungsabgabe und ein spezifisches Leistungsniveau bei Verwendung in einer Elektro- oder Hybridfahrzeuganwendung aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung zum Thermomanagement eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Thermomanagement eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung zum Thermomanagement eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Thermomanagement eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs wird anhand eines physikalischen Modells unter Berücksichtigung einer aktuellen Fahrsituation des Fahrzeugs und vorliegender Umgebungsbedingungen eine Wärmeleistung eines Gesamt-Kühlsystems des Fahrzeugs geschätzt. Erfindungsgemäß wird eine Wärmeleistung in einem ECO-Modus, die ohne Zuschaltung eines oder mehrerer Nebenverbraucher, einschließlich mindestens eines Lüfters und beispielsweise einschließlich mindestens eines Ventils, abführbar ist, und eine Wärmeleistung des Gesamt-Kühlsystems in einem Power-Modus, die bei Zuschaltung eines oder mehrerer Nebenverbraucher, einschließlich mindestens eines Lüfters und beispielsweise einschließlich mindestens eines Ventils, abführbar ist, ermittelt, wobei in einem Energiemanagementsystem, das beispielsweise mit Hilfe eines aktuellen Batterie- Ladezustands (SOC) und aktuellen Fahrwiderständen, welche sich aus der Summe von Luft-, Roll- und Steigungswiderstand zusammensetzen, eine von der Wärmeleistung unabhängige Brennstoffzellen-Sollleistung berechnet, auf Basis dieser Wärmeleistungen eine oder diese aktuell vom Brennstoffzellensystem abrufbare und gegebenenfalls durch die Wärmeleistung eingeschränkte Solleistung ermittelt und entschieden wird, ob das Brennstoffzellensystem im ECO-Modus oder im Power-Modus betrieben wird, wobei mittels einer heuristischen Logik ermittelt wird, wieviel Energie die zur Kühlung benötigten Nebenverbraucher aktuell benötigen, um einen Kennwert zu ermitteln, der besagt, wieviel elektrische Leistung aktuell für das Abführen einer gewissen Wärmeleistung eingesetzt werden muss, wobei bei einem Wert von mehr als 1kW elektrischer Leistung pro kW abgeführter Wärmeleistung die Leistung des Brennstoffzellensystems nicht erhöht wird.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei einem Wert von deutlich weniger als 1 kW elektrischer Leistung pro kW abgeführter Wärmeleistung, insbesondere bei höchstens 0,2 kW elektrischer Leistung pro kW Wärmeleistung, das Energiemanagementsystem die angeforderte Sollleistung der Brennstoffzelle erhöht.
In einer Ausführungsform wird für die aktuelle Fahrsituation eine Fahrgeschwindigkeit und/oder eine Temperatur eines Kühlmediums berücksichtigt.
In einer Ausführungsform wird als Umgebungsbedingung eine Umgebungstemperatur berücksichtigt.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Energiemanagementsystem anhand eines Kennfelds, welches die aktuell vorliegende Alterung des Brennstoffzellensystems berücksichtigt, auf die mögliche elektrische Leistung der Brennstoffzelle zurückrechnet und diese bei der Brennstoffzelle anfordert.
In einer Ausführungsform wird aus einer aktuellen Abwärme des Brennstoffzellensystems eine Schätzung für einen von ein oder mehreren Pumpen zu erbringenden Massenstrom des Kühlmediums geschätzt, der bei der Schätzung durch ein oder mehrere Kühler abführbarer Wärme zusätzlich zu der aktuellen Fahrsituation und der vorliegenden Umgebungsbedingungen berücksichtigt wird.
In einer Ausführungsform kann bei einer geringen Abwärme des Brennstoffzellensystems mit Hilfe eines oder mehrere Ventile die erforderliche Soll-Temperatur am Brennstoffzellensystem-Eingang eingestellt werden.
In einer Ausführungsform wird bei der Ermittlung zusätzlich für den mindestens einen Lüfter benötigter Abwärme eine aktuelle Abwärme des Brennstoffzellensystems und eine durch ein oder mehrere Kühler abführbare Wärme berücksichtigt. In einer Ausführungsform wird aus der für den mindestens einen Lüfter benötigten Abwärme ein Massenstrom geschätzt, der durch den mindestens einen Lüfter zu erbringen ist, um daraus eine energieoptimale Aufteilung der Massenströme auf die Lüfter und eine entsprechende Ansteuerung der Lüfter zu bestimmen.
In einer Ausführungsform wird eine Vorhersage für eine vorausliegende Fahrstrecke getroffen, wobei anhand einer geplanten Fahrstrecke bei einem webbasierten Verkehrsservice und/oder durch ein Voraussage-Modul ein Verlauf der zu erwartenden Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und ein Verlauf der zu erwartenden Umgebungstemperatur ermittelt wird, wobei mittels eines thermischen Modells des Kühlsystems anhand dieser Daten für die vorausliegende Fahrstrecke ermittelt wird, wie sich die umsetzbare Kühlleistung des Kühlsystems sowie der dazu passende Kennwert im ECO-Modus und im Power-Modus entwickeln wird, und auf dieser Basis eine optimale Leistungstrajektorie für das Brennstoffzellen-System unter Berücksichtigung der Fahrstrecke sowie der äußeren Umgebungseinflüsse zu planen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Thermomanagement eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs vorgeschlagen, umfassend ein Energiemanagementsystem des Brennstoffzellensystems und eine Fahrzeugsteuerung, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche konfiguriert ist/sind.
- Das Thermomanagement schätzt die aktuell mögliche Kühlleistung des Kühlsystems in zwei Leistungsstufen (ECO und Power)
- mittels einer Schnittstelle zu einem Energiemanagement wird eine zentrale Regelungseinheit über die aktuell verfügbare Kühlleistung informiert,
- ein Kennwert über den aktuell benötigten Leistungseinsatz pro abgeführtem Kilowatt Kühlleistung gibt Aufschluss darüber, ob das Investieren weiterer Energie auch eine verbesserte Kühlung des Systems mit sich bringt.
Das Thermomanagement eines Brennstoffzellen-Nutzfahrzeugs bestimmt die aktuell verfügbare Kühlleistung des Kühlsystems unter Berücksichtigung der aktuellen Fahrbedingungen und Umgebungsbedingungen. Es kann daher eine Information zum Kühlpotential ohne zusätzlichen Energiebedarf (ECO-Modus) und mit zusätzlichem Energiebedarf (Power-Modus), beispielsweise durch Ventilatoren, bereitstellen. Diese Informationen werden dem Energiemanagementsystem über eine Schnittstelle zur Verfügung gestellt, wobei die energieeffizientesten Arbeitspunkte des Brennstoffzellen- Systems bestimmt werden können. Ein spezifischer Wert der aktuell durch Hilfsaggregate abgerufenen Leistung pro kW abgeführter überschüssiger Wärme wird verwendet, um zu ermitteln, ob mehr Kühlleistung vorteilhaft ist oder nicht.
Die Lebensdauer von Brennstoffzellen-Systemen hängt in hohem Maße von einer guten und stetigen Temperierung im optimalen Wohlfühlbereich der Brennstoffzelle ab. Je häufiger Überhitzungen vermieden werden, desto besser wird die Lebensdauer der Brennstoffzelle sein. Durch die erfindungsgemäße Schnittstelle kann die Brennstoffzelle zuverlässiger im optimalen Temperaturbereich eingesetzt werden. Der Einsatz von Wasserstoff als Treibstoff ist möglichst effizient zu gestalten. Betriebszustände, bei denen unnötig viel Wasserstoff verbraucht wird ohne dabei einen Zugewinn für die Fahrleistung oder das Bordnetz zu erzeugen, sollten vermieden werden. Deshalb muss die Leistungsanforderung an die Brennstoffzelle so geregelt werden, dass der Energiebedarf der Nebenaggregate möglichst optimal ist. Durch die vorliegende Erfindung werden beide genannten Punkte verbessert und können optimal gestaltet werden, da Überhitzungen und ineffiziente Betriebszustände der Brennstoffzelle durch Weitergabe der aktuellen oder vorausliegenden Zustände des Thermomanagementsystems an das Energiemanagementsystem vermieden werden können. Durch die Erfindung können die nötigen Auslegungsreserven des Thermomanagementsystems minimiert und ein maximal effizientes Thermomanagement ausgelegt werden; es wird daher immer nahezu optimal genutzt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Verfahrens zur Schätzung einer abführbaren Wärmeleistung mit und ohne Zuschaltungen von Lüftern in einem Brennstoffzellenfahrzeug,
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines reaktiven Verfahrens zum Thermomanagement des Brennstoffzellenfahrzeugs, und
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines prädiktiven Verfahrens zum Thermomanagement des Brennstoffzellenfahrzeugs, Fig. 4 eine schematische Ansicht eines vereinfachten Modells zur Schätzung der abgeführten Kühlleistung durch einen Fahrzeug-Kühler,
Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Verfahrens zur Abschätzung von Luft- Massenströmen, und
Fig. 6 einen schematischen Verlauf eines Fahrleistungshorizonts FLH bei vorausschauender Regelung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 ist eine schematische Ansicht eines Verfahrens zur Schätzung einer abführbaren Wärmeleistung mit und ohne Zuschaltungen von Lüftern in einem Brennstoffzellenfahrzeug.
Figur 2 ist eine schematische Ansicht eines reaktiven Verfahrens zum Thermomanagement des Brennstoffzellenfahrzeugs.
Das Brennstoffzellenfahrzeug weist eine Fahrzeugsteuerung 1 auf, die dazu konfiguriert ist, die Regelung des Thermomanagementsystems durchzuführen. Die Fahrzeugsteuerung schätzt anhand eines physikalischen Modells unter Berücksichtigung der aktuellen Fahrsituation, beispielsweise einer Fahrgeschwindigkeit v und einer Temperatur TKM eines Kühlmediums, und der vorliegenden Umgebungsbedingungen, beispielsweise einer Umgebungstemperatur Tu die aktuell abführbare Wärmeleistung des Gesamt-Kühlsystems, beispielsweise die durch ein oder mehrere Kühler 5 abführbare Wärme QKI , K2.
In einem Modul 12 zur fahrleistungsorientierten und SOC-basierten Energieverteilung einer Hoch volt- Batterie werden zur Bestimmung einer Brennstoffzellen-Sollleistung ohne Thermobegrenzung ein aktueller Ladezustand SOC der Batterie und aktuelle Fahrwiderstände AFW berücksichtigt, welche sich aus der Summe von Luft-, Roll- und Steigungswiderstand zusammensetzen.
Die Massenströme des Kühlwassers können anhand der aktuellen Pumpendrehzahl bestimmt werden, während die Luftmassenströme aus Simulationsrechnungen, Messungen sowie Erfahrungswerten bekannt sind. Eventuelle Ungenauigkeiten können über einen nachgelagerten Korrekturfaktor bzw. eine Korrekturfunktion ausgeglichen werden.
Für diese Abschätzung werden im Modell beispielsweise Kennfelder bezüglich des Wärmeleitwerts der Hersteller von Kühlern bei konstantem vorgegebenen Luftmassenstrom, welcher für ECO-Modus und Power-Modus unterschiedlich hoch angenommen werden kann, durch die Kühler zur möglichen abführbaren Wärme QKI , QK2 verwendet. Figur 4 zeigt eine schematische Ansicht eines vereinfachten Modells zur Schätzung der durch einen Kühler 5 abgeführten Kühlleistung. Dabei wird zur Bestimmung des Korrekturwerts KoW eine Differenz aus einer Kühlwasser- Eintrittstemperatur Tw und einer Luft-Eintrittstemperatur TL des Kühlers 5 gebildet und mit dem durch das Kennfeld KF ermittelten Wärmeleitwert WLW multipliziert, den dieses anhand eines Kühlwasser-Massenstroms mw und eines Luftmassenstroms mL des Kühlers ermittelt.
Zur Abschätzung von Kühlwasser-Massenströmen mw aus der Pumpendrehzahl n können die folgenden Formeln verwendet werden:
600
2 * n * M * n
P ~ 60000
P Antriebsleistung (kW) p Betriebsdruck Pumpenausgang (bar)
Q Volumenstrom (dm3/min) r|ges Gesamtwirkungsgrad (-)
M Drehmoment (Nm) n Pumpendrehzahl (1/min)
Über die Dichte des Kühlwassers steht der Kühlwasser-Massenstrom mw beispielsweise in einem bekannten Verhältnis zum Volumenstrom.
Der Massenstrom mw einer Pumpe kann entweder aus der aufgenommenen Antriebsleistung und dem erzeugten Betriebsdruck wie in den genannten Formeln ermittelt werden oder durch eine lineare Beziehung von Pumpendrehzahl und Massenstrom mw, die zuvor durch Versuch des vorliegenden Systems ermittelt wurde. Dabei verhält sich der aktuelle Massenstrom mw zu einem maximalen Massenstrom wie die aktuelle Pumpendrehzahl zu einer maximalen Pumpendrehzahl.
Figur 5 ist eine schematische Ansicht eines Verfahrens zur Abschätzung von Luft- Massenströmen mL. Der Luft-Massenstrom mL durch die Kühler 6 kann aus einer Kombination von Simulationsergebnissen SE, insbesondere zur Bestimmung eines Luftmassenstroms mLL durch einen Lüfter 4 und Kennfeldern KFEW mit Erfahrungswerten, insbesondere zur Bestimmung eines Luftmassenstroms mLFW aus dem Fahrtwind, sowie aktuellen Umgebungsbedingungen wie Fahrgeschwindigkeit v und Umgebungstemperatur Tu ermittelt werden. Ein Gesamt-Luftmassenstrom m <ayes kann dann als Summe des
Luftmassenstroms mLL durch den Lüfter 4 und des Luftmassenstroms mLFW aus dem Fahrtwind gebildet werden.
Dabei wird einerseits eine Wärmeleistung QECO ermittelt, die ohne zusätzliche Maßnahmen wie Zuschaltung eines oder mehrerer Lüfter 4 abgeführt werden kann. Es wird sozusagen die abführbare Wärmeleistung QECO ermittelt, die sich ausschließlich durch den Fahrtwind ergibt. Dies ergibt einen Wärmeleistungswert, der den geringsten Energieaufwand der Nebenverbraucher bedeutet (ECO-Modus). Andererseits kann eine Wärmeleistung QPOWER ermittelt werden, die inklusive weiterer Maßnahmen wie der Zuschaltung eines oder mehrerer Lüfter 4 abgeführt werden kann. Dies ergibt einen Wärmeleistungswert, der zwar einen erhöhten Energieaufwand der Nebenverbraucher bedeutet, aber mehr Leistung an der Brennstoffzelle ermöglicht (Power-Modus).
Die Fahrzeugsteuerung 1 zur Durchführung des Thermomanagements weist eine Schnittstelle 2 zu einem Energiemanagementsystem ENM der Brennstoffzelle auf, die das Energiemanagementsystem ENM über diese beiden augenblicklich möglichen thermischen Kühlleistungen informiert.
Das Energiemanagementsystem ENM wiederum kann aus dieser Information ermitteln, welche elektrische Leistung aktuell von der Brennstoffzelle abgerufen werden darf. Aus einem Kennfeld, welches auch die aktuell vorliegende Alterung des Brennstoffzellen- Systems berücksichtigt, kann das Energiemanagementsystem ENM auf die mögliche elektrische Leistung der Brennstoffzelle zurückrechnen und diese bei der Brennstoffzelle anfordern. Je nach aktueller Lage kann das Energiemanagementsystem ENM dann entscheiden, ob die Brennstoffzelle in einem Betriebspunkt betrieben wird, der am wenigsten Energie für die Nebenaggregate bedeutet (Thermomanagement im ECO- Modus), oder ob der energieintensivere Power-Modus benötigt wird. Zusätzlich ermittelt die Fahrzeugsteuerung 1 über eine heuristische Logik, wieviel Energie die zur Kühlung benötigten Nebenverbraucher wie Pumpen 6 und Lüfter 4 aktuell benötigen. Daraus lässt sich ein Kennwert KW ermitteln, wieviel elektrische Leistung aktuell für das Abführen einer gewissen Wärmeleistung eingesetzt werden muss.
Insbesondere wird aus einer aktuellen Abwärme QBZ des Brennstoffzellensystems eine Schätzung für einen von ein oder mehreren Pumpen 6 zu erbringenden Massenstrom mP des Kühlmediums geschätzt, der bei der Schätzung der durch ein oder mehrere Kühler 5 abführbaren Wärme QKI , QK2 zusätzlich zu der aktuellen Fahrsituation, beispielsweise der Fahrgeschwindigkeit v und der Temperatur TKM des Kühlmediums, und der vorliegenden Umgebungsbedingungen, beispielsweise der Umgebungstemperatur Tu, berücksichtigt werden kann.
Bei der Ermittlung zusätzlich für den mindestens einen Lüfter 4 benötigter Abwärme QL kann eine aktuelle Abwärme QBZ des Brennstoffzellensystems und eine durch ein oder mehrere Kühler 5 abführbare Wärme QKI , QK2 berücksichtigt werden.
Aus der für den mindestens einen Lüfter 4 benötigten Abwärme QL kann ein Massenstrom mL1, mL2 geschätzt werden, der durch den mindestens einen Lüfter 4 zu erbringen ist. Daraus kann eine energieoptimale Aufteilung 9 der Massenströme mL1, mL2 auf die Lüfter 4 und eine entsprechende Ansteuerung 3 der Lüfter 4 bestimmt werden.
Es ist in bestimmten Situationen möglich, dass das Kühlsystem unter starkem Einsatz von Nebenaggregaten, beispielsweise Lüftern 4, eine große Kühlleistung erzeugen könnte, wobei der elektrische Energieverbrauch dabei so groß wäre, dass unter dem Strich die dadurch gewonnene zusätzliche Brennstoffzellen-Leistung komplett aufgebraucht oder sogar noch überschritten würde.
In diesem Fall würde sich nur der Wasserstoff-Verbrauch erhöhen, ohne dass sich ein positiver Effekt für das Hochvolt-Bordnetz im Sinne eines Ladeeffektes einstellen würde. Die zusätzlich erzeugte elektrische Leistung würde direkt von den Nebenverbrauchern verbraucht werden. Diese Zustände sollen vermieden werden. Dies ist durch den oben beschriebenen Kennwert KW des Thermomanagements möglich. Liegt dieser
Kennwert KW beispielsweise bei einem Wert von über 1 kW elektrischer Leistung pro kW abgeführter Wärmeleistung, so zeigt dies einen nicht sinnvollen Betrieb an. Das Energiemanagementsystem ENM wird in diesem Fall bei einer Berücksichtigung 10 der Limitierungen des Thermomanagements eine Sollleistung Ps des Brennstoffzellen- Systems nicht weiter erhöhen. Liegt der Wert deutlich darunter, also beispielsweise bei 0.2 kW elektrischer Leistung pro kW Wärmeleistung, so kann das Energiemanagementsystem ENM die angeforderte Sollleistung Ps der Brennstoffzelle erhöhen.
Figur 3 ist eine schematische Ansicht eines prädiktiven Verfahrens zum Thermomanagement des Brennstoffzellenfahrzeugs.
Zusätzlich zur aktuell vorliegenden Situation kann die Fahrzeugsteuerung 1 dazu konfiguriert sein, eine Vorhersage für die vorausliegende Fahrstrecke zu treffen. Anhand der geplanten Fahrstrecke kann bei einem webbasierten Verkehrsservice und/oder durch ein anderes Voraussage-Modul 7 der Verlauf v(t) der zu erwartenden Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt werden.
Außerdem kann ein Steigungs- und Krümmungsprofil der Stecke ermittelt werden, beispielsweise aus einer digitalen Karte. Aus diesen Informationen ist es möglich, mit Hilfe eines Längsdynamikmodelles einen real fahrbaren Geschwindigkeitsverlauf sowie einen zugehörigen Antriebs- und/oder Bremsmomenten- leistungsbedarf über einem Vorausschauhorizont oder Fahrleistungshorizont FLH zu ermitteln (siehe Figur 3). Aus den sich daraus ergebenden Energiebedarfen kann dann im Energiemanagement ENM, insbesondere in einem Modul 13 zur Ermittlung des fahrleistungsorientierten und SOC- basierten Energieverteilungshorizonts der Hochvolt-Batterie als Teil des Energiemanagements ENM, eine im Vorausschauhorizont erforderliche Brennstoffzellenleistung Ps(t) und aus dem Wirkungsgradkennfeld der Brennstoffzelle eine Abwärme ermittelt werden. Rechnet man dazu die Abwärmen der Nebenverbraucher, der Batterie sowie einer möglichen Dauerbremse, ergeben sich daraus die gesamten Kühlbedarfe, die über dem Vorausschauhorizont aufgetragen werden können.
Figur 6 zeigt einen schematischen Verlauf eines Fahrleistungshorizonts FLH bei vorausschauender Regelung mit Trajektorien für Fahrgeschwindigkeit v (z.B. aus Geschwindigkeitsprädiktion), Fahrbahnsteigung FBS (z.B. aus Karte) und Umgebungstemperatur Tu (z.B. von Webservice) über eine vorausliegende Fahrstrecke s. Daraus berechenbare Größen sind eine geschätzte Antriebsleistung ATL, eine geschätzte Brennstoffzellen-Leistung BZL, ein Ladezustand SOC einer Batterie, eine Abwärme QBZ des Brennstoffzellensystems, eine verfügbare Kühlleistung QKI , QK2 (Z.B. durch Fahrtwind) und eine benötigte Lüfterzuschaltung BLZ.
Analog dazu können bei einem webbasierten Wetterservice ein Verlauf der zu erwartenden Umgebungstemperatur Tu(t) sowie weitere Wetterdaten, beispielsweise Regen, abgerufen werden, beispielweise aus der Cloud 8. Mittels eines thermischen Modells des Kühlsystems kann anhand dieser Daten für die vorausliegende Fahrstrecke ausgerechnet werden, wie sich die umsetzbare Kühlleistung des Kühlsystems sowie der dazu passende Kennwert KW des Energieverbrauchs entwickeln wird - sowohl im ECO- Modus als auch im Power-Modus. Hierzu wird berechnet, ob anhand der erwarteten Fahrleistung für die vorausliegende Fahrstrecke s die daraus resultierende, erwartete Brennstoffzellen-Abwärme unter Zuhilfenahme aller Aktoren, beispielsweise einer oder mehrerer Pumpen 6, eines oder mehrerer Kühler 5, eines oder mehrerer Kühler 4 sowie eines oder mehrerer Ventile 11 , abgeführt werden kann. Ist dies nicht der Fall, wird eine Limitverletzung LV festgestellt und im Energiemanagement ENM die erwartete Brennstoffzellen-Sollleistung korrigiert.
Mittels dieser Information ist es dem Energiemanagementsystem ENM möglich, eine optimale Leistungstrajektorie Ps(t) für das Brennstoffzellen-System unter Berücksichtigung der Fahrstrecke s sowie der äußeren Umgebungseinflüsse zu planen. Wenn beispielsweise die Planung bereits weiß, dass die Brennstoffzellen-Leistung BZL bei einer Bergaufstrecke aufgrund des Thermomanagements zurückgeregelt werden muss (Limitverletzungen LV Thermosystem im Horizont), kann sie die Brennstoffzelle frühzeitiger - und in Situationen bei denen die Kühlsituation einfacher ist - hochfahren und in einer Hochvolt-Batterie für einen entsprechenden Energiepuffer sorgen.
Die Vorrichtung und das Verfahren können in einem Brennstoffzellenfahrzeug, insbesondere in einem Nutzfahrzeug, beispielsweise einem schweren Nutzfahrzeug, eingesetzt werden. Bezugszeichenliste
1 Fahrzeugsteuerung 2 Schnittstelle 3 Ansteuerung der Lüfter 4 Lüfter 5 Kühler 6 Pumpe 7 Voraussage-Modul 8 Cloud 9 Aufteilung der Massenströme 10 Berücksichtigung der Limitierungen des Thermomanagements 11 Ventil 12 Modul 13 Modul AFW aktueller Fahrwiderstand ATL Antriebsleistung BLZ benötigte Lüfterzuschaltung BZL Brennstoffzellen-Leistung
ENM Energiemanagement FBS Fahrbahnsteigung FLH Fahrleistungshorizont KF Kennfeld KFEW Kennfeld mit Erfahrungswerten KW Kennwert KoW Korrekturwert LV Limitverletzung ges Gesamt-Luftmassenstrom mL Luftmassenstrom -LFW Luftmassenstrom aus Fahrtwind mLL Luftmassenstrom durch Lüfter räL1, ^12 Massenstrom für Lüfter mP Massenstrom Pumpe mw Kühlwasser-Massenstrom n Pumpendrehzahl
Ps Sollleistung
Ps(t) erwarteter Verlauf der Sollleistung, Leistungstrajektorie
QBZ Abwärme des Brennstoffzellensystems
QECO Wärmeleistung im ECO-Modus
QKI , K2 durch Kühler abführbare Wärme
QL Abwärme für Lüfter
(jpowER Wärmeleistung im Power-Modus s Fahrstrecke
SE Simulationsergebnisse
SOC Ladezustand
TKM Temperatur eines Kühlmediums Luft-Eintrittstemperatur
Tu Umgebungstemperatur
Tu(t) Verlauf der zu erwartenden Umgebungstemperatur
Tw Kühlwasser-Eintrittstemperatur v Fahrgeschwindigkeit v(t) Verlauf der zu erwartenden Fahrgeschwindigkeit
WLW Wärmeleitwert

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Thermomanagement eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs, wobei anhand eines physikalischen Modells unter Berücksichtigung einer aktuellen Fahrsituation des Fahrzeugs und vorliegender Umgebungsbedingungen eine Wärmeleistung eines Gesamt-Kühlsystems des Fahrzeugs geschätzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeleistung (QECO) in einem ECO-Modus, die ohne Zuschaltung eines oder mehrerer Nebenverbraucher, einschließlich mindestens eines Lüfters (4), abführbar ist, und eine Wärmeleistung (QPOWER) des Gesamt-Kühlsystems in einem Power-Modus, die bei Zuschaltung eines oder mehrerer Nebenverbraucher, einschließlich mindestens eines Lüfters (4), abführbar ist, ermittelt wird, wobei in einem Energiemanagementsystem (ENM) auf Basis dieser Wärmeleistungen ( ECO, POWER) eine aktuell vom Brennstoffzellensystem abrufbare Solleistung (Ps) ermittelt und entschieden wird, ob das Brennstoffzellensystem im ECO-Modus oder im Power-Modus betrieben wird, wobei mittels einer heuristischen Logik ermittelt wird, wieviel Energie die zur Kühlung benötigten Nebenverbraucher aktuell benötigen, um einen Kennwert (KW) zu ermitteln, der besagt, wieviel elektrische Leistung aktuell für das Abführen einer gewissen Wärmeleistung eingesetzt werden muss, wobei bei einem Wert von mehr als 1 kW elektrischer Leistung pro kW abgeführter Wärmeleistung die Leistung des Brennstoffzellensystems nicht erhöht wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Wert von deutlich weniger als 1kW elektrischer Leistung pro kW abgeführter Wärmeleistung, insbesondere bei höchstens 0,2 kW elektrischer Leistung pro kW Wärmeleistung, das Energiemanagementsystem (ENM) die angeforderte Sollleistung (Ps) der Brennstoffzelle erhöht. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die aktuelle Fahrsituation eine Fahrgeschwindigkeit (v) und/oder eine Temperatur (TKM) eines Kühlmediums berücksichtigt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Umgebungsbedingungen eine Umgebungstemperatur (Tu) berücksichtigt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiemanagementsystem (ENM) anhand eines Kennfelds, welches die aktuell vorliegende Alterung des Brennstoffzellensystems berücksichtigt, auf die mögliche elektrische Leistung der Brennstoffzelle zurückrechnet und diese bei der Brennstoffzelle anfordert. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer aktuellen Abwärme (QBZ) des Brennstoffzellensystems eine Schätzung für einen von ein oder mehreren Pumpen (6) zu erbringenden Massenstrom (mP) des Kühlmediums geschätzt wird, der bei der Schätzung durch ein oder mehrere Kühler (5) abführbarer
Wärme «?KI , ( zusätzlich zu der aktuellen Fahrsituation und der vorliegenden Umgebungsbedingungen berücksichtigt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung zusätzlich für den mindestens einen Lüfter (4) benötigter Abwärme (Q ) eine aktuelle Abwärme (QBZ) des Brennstoffzellensystems und eine durch ein oder mehrere Kühler (5) abführbare Wärme «?KI , QKZ) berücksichtigt wird. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus der für den mindestens einen Lüfter (4) benötigten Abwärme (Q ) ein Massenstrom (mL1, mL2) geschätzt wird, der durch den mindestens einen Lüfter (4) zu erbringen ist, um daraus eine energieoptimale Aufteilung (9) der Massenströme (mL1, mL2) auf die Lüfter (4) und eine entsprechende Ansteuerung (3) der Lüfter (4) zu bestimmen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorhersage für eine vorausliegende Fahrstrecke getroffen wird, wobei anhand einer geplanten Fahrstrecke bei einem webbasierten Verkehrsservice und/oder durch ein Voraussage-Modul (7) ein Verlauf (v(t)) der zu erwartenden Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und ein Verlauf der zu erwartenden Umgebungstemperatur (Tu(t)) ermittelt wird, wobei mittels eines thermischen Modells des Kühlsystems anhand dieser Daten für die vorausliegende Fahrstrecke ermittelt wird, wie sich die umsetzbare Kühlleistung des Kühlsystems sowie der dazu passende Kennwert (KW) im ECO-Modus und im Power-Modus entwickeln wird, und auf dieser Basis eine optimale Leistungstrajektorie (Ps(t)) für das Brennstoffzellen-System unter Berücksichtigung der Fahrstrecke sowie der äußeren Umgebungseinflüsse zu planen. Vorrichtung zum Thermomanagement eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeugs, umfassend ein Energiemanagementsystem (ENM) des Brennstoffzellensystems und eine Fahrzeugsteuerung (1), die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche konfiguriert ist/sind.
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