EP4688481A1 - Brennstoffzellen-fahrzeug und verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

Brennstoffzellen-fahrzeug und verfahren zu dessen betrieb

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EP4688481A1
EP4688481A1 EP24703970.4A EP24703970A EP4688481A1 EP 4688481 A1 EP4688481 A1 EP 4688481A1 EP 24703970 A EP24703970 A EP 24703970A EP 4688481 A1 EP4688481 A1 EP 4688481A1
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EP
European Patent Office
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fuel cell
cell vehicle
vehicle
urban area
traction battery
Prior art date
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EP24703970.4A
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English (en)
French (fr)
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Kamal Idrisi
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Daimler Truck Holding AG
Original Assignee
Daimler Truck AG
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a fuel cell vehicle according to the preamble of claim 1 and a fuel cell vehicle according to the preamble of claim 10.
  • Fuel cell vehicles can have unique noise characteristics due to their different operating modes.
  • CN 112224041 A describes a noise reduction structure of a heat dissipation assembly of a fuel cell vehicle.
  • the fuel cell vehicle is provided with a heat dissipation water tank, a fan assembly, and a storage battery.
  • a DC-amplified DC/DC converter is arranged on a power circuit from the storage battery to the fan assembly, and the DC/DC converter is connected to a vehicle control unit via a signal circuit. Further, a noise suppression method of the noise reduction structure is described.
  • the noise level of the heat dissipation assembly of the fuel cell system can be effectively reduced in the entire operating state range, and compared with the prior art, the noise can be reduced by 17 dBA-22 dBA.
  • the invention is based on the object of specifying a novel method for operating a fuel cell vehicle and a novel fuel cell vehicle.
  • the object is achieved according to the invention by a method for operating a fuel cell vehicle with the features of claim 1 and by a fuel cell vehicle with the features of claim 10.
  • a fuel cell vehicle has a fuel cell system, a traction battery and at least one electric drive motor that can be supplied with electrical energy from the fuel cell system and/or the traction battery.
  • a method according to the invention for operating the fuel cell vehicle it is provided that in a first operating mode the fuel cell system and the fuel cell vehicle are operated particularly quietly by one or more of the measures possible depending on the current vehicle state.
  • the quiet first operating mode for fuel cell vehicles contributes to a quieter urban environment and facilitates compliance with legal framework conditions such as the "Technical Instructions for Protection against Noise".
  • the operator of the fuel cell commercial vehicle is thus able to deliver goods at night when traffic is low.
  • the measures include:
  • the noise-intensive units comprise at least one cooling fan and/or at least one compressor.
  • components of the fuel cell vehicle and/or the fuel cell system are preconditioned for an upcoming journey in an urban area.
  • the preconditioning comprises at least one of the following measures:
  • the fuel cell vehicle when taking into account the planned arrival time and/or delivery of goods in the second operating mode, it is detected whether the fuel cell vehicle is driving or will be driving through an urban area within a time in which a reduced emission limit applies, whereupon it is ensured by preconditioning and controlling the components of the fuel cell vehicle and/or the fuel cell system that the fuel cell vehicle does not exceed this limit.
  • activation and/or deactivation of the first and/or second operating mode occurs manually and/or automatically by means of geofencing and/or by means of predictive route planning and/or predictive control of a drive train of the fuel cell vehicle.
  • the predictive route planning and/or the predictive powertrain control predicts that the fuel cell vehicle will pass through an urban area.
  • the first operating mode is activated when it is detected that the fuel cell vehicle is in an urban area.
  • a fuel cell vehicle comprising a fuel cell system, a traction battery and at least one electric drive motor which can be supplied with electrical energy from the fuel cell system and/or the traction battery, wherein the fuel cell vehicle is configured to carry out the method according to one of the preceding claims.
  • the fuel cell vehicle is a commercial vehicle, a passenger car or a bus.
  • Fig. 1 is a schematic view of a fuel cell vehicle.
  • the sole figure 1 is a schematic view of a fuel cell vehicle 1, in particular a fuel cell commercial vehicle.
  • the fuel cell vehicle 1 has a fuel cell system 2, an acoustic vehicle alert system 3 (AVAS - Acoustic Vehicle Alert System) for generating acoustic warning signals when maneuvering and driving at low speeds, a traction battery 4 and at least one electric drive motor 5, which can be supplied with electrical energy from the fuel cell system 2 and/or the traction battery 4.
  • the fuel cell vehicle 1 also has a cooling system 6, which is configured to cool the fuel cell system 2 and possibly other components and has at least one cooling fan 7.
  • the fuel cell vehicle 1 has at least two operating modes for particularly low-noise operation.
  • the fuel cell system 2 and the fuel cell vehicle 1 are operated particularly quietly by one or more of the measures possible depending on the current vehicle state.
  • components of the fuel cell vehicle 1 and/or the fuel cell system 2 can be preconditioned for an upcoming journey in an urban area via predictive route planning. This can be done, for example, by at least one of the following measures:
  • the fuel cell vehicle 1 When including planned arrival times and/or planned delivery of goods in the second operating mode, it can be detected whether the fuel cell vehicle 1 is driving through an urban area during a time (for example 22:00 - 06:00) in which a reduced emission limit applies, whereupon it can be ensured that the fuel cell vehicle 1 does not exceed this limit by preconditioning and controlling the components of the fuel cell vehicle 1 and/or the fuel cell system 2 (for example maintaining a certain charge level (SOG) of the traction battery 4 and/or reducing the noise emitted by the vehicle warning system 3 to a legally permissible minimum).
  • SOG charge level
  • the activation and/or deactivation of the operating modes can be done manually by the driver and/or automatically by means of geofencing and/or predictive route planning and/or predictive control of the drive train.
  • Activation/deactivation by means of geofencing also includes the detection of entering or leaving an urban area by means of sensors.
  • predictive route planning and/or predictive control of the drive train predict that the fuel cell vehicle 1 will pass through an urban area.
  • the quiet first operating mode can be activated immediately.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs (1), aufweisend ein Brennstoffzellensystem (2), eine Traktionsbatterie (4) und mindestens einen elektrischen Antriebsmotor (5), der aus dem Brennstoffzellensystem (2) und/oder der Traktionsbatterie (4) mit elektrischer Energie versorgt werden kann, wobei in einem ersten Betriebsmodus das Brennstoffzellensystem (2) und das Brennstoffzellen-Fahrzeug (1) durch eine oder mehrere von in Abhängigkeit des aktuellen Fahrzeugzustands möglichen Maßnahmen besonders geräuscharm betrieben wird.

Description

Brennstoffzellen-Fahrzeug und Verfahren zu dessen Betrieb
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Brennstoffzellen-Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Die Verringerung von Verkehrslärm in urbanen Bereichen ist seit geraumer Zeit ein wichtiges Anliegen der Gesetzgebung. Die Verringerung des äußeren Geräuschniveaus von Brennstoffzellen-Nutzfahrzeugen kann es für deren Betreiber erleichtern, gesetzliche Vorschriften wie die "Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm" einzuhalten, die bestimmt, ob es für ein Nutzfahrzeug möglich ist, beispielsweise Lebensmittel in der Nacht auszuliefern, ohne Wohngebiete in der Umgebung zu stören.
Brennstoffzellenfahrzeuge können wegen ihrer verschiedenen Betriebsarten eine einzigartige Geräuschcharakteristik aufweisen.
Es ist daher wünschenswert, die äußere Geräuschemission grundsätzlich oder zumindest in urbanen Bereichen zu verringern.
CN 112224041 A beschreibt eine Geräuschreduzierungsstruktur einer Wärmeableitungsanordnung eines Brennstoffzellenfahrzeugs. Das Brennstoffzellenfahrzeug ist mit einem Wärmeableitungs-Wassertank, einer Lüfteranordnung und einer Speicherbatterie versehen. Ein mit Gleichstrom verstärkter DC/DC-Wandler ist an einem Energiekreis von der Speicherbatterie zu der Lüfteranordnung angeordnet, und der DC/DC-Wandler ist mit einer Fahrzeugsteuereinheit über einen Signalkreis verbunden. Ferner wird ein Geräuschunterdrückungsverfahren der Geräuschreduzierungsstruktur beschrieben. Durch Anwenden des technischen Schemas kann der Geräuschpegel der Wärmeableitungsanordnung des Brennstoffzellensystems im gesamten Betriebszustandsbereich effektiv reduziert werden, und verglichen mit dem Stand der Technik kann das Geräusch um 17 dBA-22 dBA reduziert werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs sowie ein neuartiges Brennstoffzellen-Fahrzeug anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Brennstoffzellen-Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Brennstoffzellen-Fahrzeug weist ein Brennstoffzellensystem, eine Traktionsbatterie und mindestens einen elektrischen Antriebsmotor auf, der aus dem Brennstoffzellensystem und/oder der Traktionsbatterie mit elektrischer Energie versorgt werden kann. In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb des Brennstoffzellen- Fahrzeugs ist vorgesehen, dass in einem ersten Betriebsmodus das Brennstoffzellensystem und das Brennstoffzellen-Fahrzeug durch eine oder mehrere von in Abhängigkeit des aktuellen Fahrzeugzustands möglichen Maßnahmen besonders geräuscharm betrieben wird.
Der leise erste Betriebsmodus für Brennstoffzellen-Fahrzeuge trägt zu einer leiseren urbanen Umgebung bei und erleichtert die Einhaltung rechtlicher Rahmenbedingungen wie beispielsweise der „Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm". Der Betreiber des Brennstoffzellen-Nutzfahrzeugs wird so in die Lage versetzt, Güter in der Nacht bei geringem Verkehr auszuliefern.
In einer Ausführungsform umfassen die Maßnahmen:
- ausschließliche Nutzung der Traktionsbatterie, sofern deren Ladestand dies erlaubt,
- Begrenzung einer Beschleunigung und/oder eines verfügbaren Drehmoments des mindestens einen elektrischen Antriebsmotors,
- sequentielle statt gleichzeitige Ansteuerung geräuschintensiver Aggregate,
- Reduzierung der durch ein akustisches Fahrzeug-Warnsystem zur Erzeugung akustischer Warnsignale beim Rangieren und Fahren mit niedrigen Geschwindigkeiten des Brennstoffzellen-Fahrzeugs emittierten Geräusche auf ein vorgegebenes Minimum.
Indem Beschleunigung und/oder Drehmoment und somit auch Schlupf an den Reifen in urbanen Bereichen verringert werden, werden auch Verschleiß und Schäden an den Reifen und Fahrbahnen verringert. In einer Ausführungsform umfassen die geräuschintensiven Aggregate mindestens einen Kühlerlüfter und/oder mindestens einen Kompressor.
In einer Ausführungsform werden in einem zweiten Betriebsmodus Komponenten des Brennstoffzellen-Fahrzeugs und/oder des Brennstoffzellensystems für eine bevorstehende Fahrt in einem urbanen Bereich vorkonditioniert.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorkonditionierung mindestens eine der folgenden Maßnahmen:
- Laden der Traktionsbatterie,
- präventive Ansteuerung der Kühlerlüfter vor Erreichen des urbanen Bereichs, um eine Drehzahl der Kühlerlüfter während der Fahrt durch den urbanen Bereich geringhalten und dennoch ausreichend Kühlleistung bereit stellen zu können,
- Berücksichtigung einer geplanten Ankunftszeit und/oder Lieferung von Gütern in einem urbanen Bereich.
In einer Ausführungsform wird bei der Berücksichtigung von geplanter Ankunftszeit und/oder Lieferung von Gütern im zweiten Betriebsmodus erkannt, ob das Brennstoffzellen-Fahrzeug einen urbanen Bereich innerhalb einer Uhrzeit befährt oder befahren wird, in der ein reduzierter Immissionsgrenzwert gilt, woraufhin durch Vorkonditionierung und Ansteuerung der Komponenten des Brennstoffzellen-Fahrzeugs und/oder des Brennstoffzellensystems sichergestellt wird, dass das Brennstoffzellen- Fahrzeug diesen Grenzwert nicht überschreitet.
In einer Ausführungsform erfolgt eine Aktivierung und/oder Deaktivierung des ersten und/oder des zweiten Betriebsmodus manuell und/oder automatisch mittels Geofencing und/oder mittels prädiktiver Routenplanung und/oder einer prädiktiven Steuerung eines Antriebsstrangs des Brennstoffzellen-Fahrzeugs.
In einer Ausführungsform sagt die prädiktive Routenplanung und/oder die prädiktive Steuerung des Antriebsstrangs vorher, dass das Brennstoffzellen-Fahrzeug einen urbanen Bereich passieren wird.
In einer Ausführungsform wird der erste Betriebsmodus aktiviert, wenn detektiert wird, dass das Brennstoffzellen-Fahrzeug sich in einem urbanen Bereich befindet. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Brennstoffzellen-Fahrzeug vorgeschlagen, aufweisend ein Brennstoffzellensystem, eine Traktionsbatterie und mindestens einen elektrischen Antriebsmotor, der aus dem Brennstoffzellensystem und/oder der Traktionsbatterie mit elektrischer Energie versorgt werden kann, wobei das Brennstoffzellen-Fahrzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche konfiguriert ist.
In einer Ausführungsform ist das Brennstoffzellen-Fahrzeug ein Nutzfahrzeug, ein Personenkraftwagen oder ein Bus.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs.
Die einzige Figur 1 ist eine schematische Ansicht eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs 1, insbesondere eines Brennstoffzellen-Nutzfahrzeugs.
Das Brennstoffzellen-Fahrzeug 1 weist ein Brennstoffzellensystem 2, ein akustisches Fahrzeug-Warnsystem 3 (AVAS - Acoustic Vehicle Alert System) zur Erzeugung akustischer Warnsignale beim Rangieren und Fahren mit niedrigen Geschwindigkeiten, eine Traktionsbatterie 4 und mindestens einen elektrischen Antriebsmotor 5 auf, der aus dem Brennstoffzellensystem 2 und/oder der Traktionsbatterie 4 mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Ferner weist das Brennstoffzellen-Fahrzeug 1 ein Kühlsystem 6 auf, das zum Kühlen des Brennstoffzellensystems 2 und gegebenenfalls weiterer Komponenten konfiguriert ist und mindestens einen Kühlerlüfter 7 aufweist.
Das Brennstoffzellen-Fahrzeug 1 weist mindestens zwei Betriebsmodi zum besonders geräuschreduzierten Betrieb auf.
In einem ersten Betriebsmodus werden das Brennstoffzellensystem 2 und das Brennstoffzellen-Fahrzeug 1 durch eine oder mehrere von in Abhängigkeit des aktuellen Fahrzeugzustands möglichen Maßnahmen besonders geräuscharm betrieben.
Diese Maßnahmen sind zum Beispiel: - ausschließliche Nutzung der Traktionsbatterie 4, sofern deren Ladestand dies erlaubt,
- Begrenzung der Beschleunigung und/oder des verfügbaren Drehmoments des mindestens einen elektrischen Antriebs motors 5, um Reifengeräusche zu verringern und Schlupf zu vermeiden,
- sequentielle statt gleichzeitige Ansteuerung der Kühlerlüfter 7, von Kompressoren und/oder anderen geräuschintensiven Aggregaten.
In einem zweiten Betriebsmodus können Komponenten des Brennstoffzellen-Fahrzeugs 1 und/oder des Brennstoffzellensystems 2 für eine bevorstehende Fahrt in einem urbanen Bereich über eine prädiktive Routenplanung vorkonditioniert werden. Dies kann beispielsweise durch mindestens eine der folgenden Maßnahmen erfolgen:
- Laden der Traktionsbatterie 4, um bei Einfahrt in einen urbanen Bereich ausreichend Restladung für die geplante Fahrt vorhalten zu können,
- präventive Ansteuerung der Kühlerlüfter 7 vor Erreichen des urbanen Bereichs, um eine Drehzahl der Kühlerlüfter 7 während der Fahrt durch den urbanen Bereich geringhalten und dennoch ausreichend Kühlleistung bereit stellen zu können,
- Miteinbeziehung von geplanter Ankunftszeit und/oder Lieferung von Gütern in urbanen Bereichen etc.
Bei der Einbeziehung von geplanten Ankunftszeiten und/oder geplanter Lieferung von Gütern im zweiten Betriebsmodus kann erkannt werden, ob das Brennstoffzellen- Fahrzeug 1 einen urbanen Bereich innerhalb einer Uhrzeit befährt (beispielsweise 22:00 - 06:00), in der ein reduzierter Immissionsgrenzwert gilt, woraufhin durch Vorkonditionierung und Ansteuerung der Komponenten des Brennstoffzellen-Fahrzeugs 1 und/oder des Brennstoffzellensystems 2 (beispielsweise Vorhalten eines bestimmten Ladestands (SOG) der Traktionsbatterie 4 und/oder Reduzierung der durch das Fahrzeug-Warnsystem 3 emittierten Geräusche auf ein gesetzlich zulässiges Minimum) sichergestellt werden kann, dass das Brennstoffzellen-Fahrzeug 1 diesen Grenzwert nicht überschreitet.
Die Aktivierung und/oder Deaktivierung der Betriebsmodi kann manuell durch den Fahrer und/oder automatisch mittels Geofencing und/oder mittels prädiktiver Routenplanung und/oder einer prädiktiven Steuerung des Antriebsstrangs erfolgen. Die Aktivierung/Deaktivierung mittels Geofencing umfasst auch die Detektion des Einfahrens bzw. Ausfahrens in einen oder aus einem urbanen Bereich mittels einer Sensorik. Zudem kann die prädiktive Routenplanung und/oder die prädiktive Steuerung des Antriebsstrangs vorhersagen, dass das Brennstoffzellen-Fahrzeug 1 einen urbanen Bereich passieren wird.
Wenn detektiert wird, dass das Brennstoffzellen-Fahrzeug 1 sich in einem urbanen Bereich befindet, kann der leise, erste Betriebsmodus sofort aktiviert werden.
Bezugszeichenliste Brennstoffzellen-Fahrzeug Brennstoffzellensystem Fahrzeug-Warnsystem Traktionsbatterie Antriebsmotor Kühlsystem Kühlerlüfter

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs (1), aufweisend ein Brennstoffzellensystem (2), eine Traktionsbatterie (4) und mindestens einen elektrischen Antriebsmotor (5), der aus dem Brennstoffzellensystem (2) und/oder der Traktionsbatterie (4) mit elektrischer Energie versorgt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Betriebsmodus das Brennstoffzellensystem (2) und das Brennstoffzellen-Fahrzeug (1) durch eine oder mehrere von in Abhängigkeit des aktuellen Fahrzeugzustands möglichen Maßnahmen besonders geräuscharm betrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen umfassen:
- ausschließliche Nutzung der Traktionsbatterie (4), sofern deren Ladestand dies erlaubt,
- Begrenzung einer Beschleunigung und/oder eines verfügbaren Drehmoments des mindestens einen elektrischen Antriebs motors (5),
- sequentielle statt gleichzeitige Ansteuerung geräuschintensiver Aggregate,
- Reduzierung der durch ein akustisches Fahrzeug-Warnsystem (3) zur Erzeugung akustischer Warnsignale beim Rangieren und Fahren mit niedrigen Geschwindigkeiten emittierten Geräusche auf ein vorgegebenes Minimum.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die geräuschintensiven Aggregate mindestens einen Kühlerlüfter (7) und/oder mindestens einen Kompressor umfassen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Betriebsmodus Komponenten des Brennstoffzellen-Fahrzeugs (1) und/oder des Brennstoffzellensystems (2) für eine bevorstehende Fahrt in einem urbanen Bereich vorkonditioniert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkonditionierung mindestens eine der folgenden Maßnahmen umfasst:
- Laden der Traktionsbatterie (4),
- präventive Ansteuerung der Kühlerlüfter (7) vor Erreichen des urbanen Bereichs, um eine Drehzahl der Kühlerlüfter (7) während der Fahrt durch den urbanen Bereich geringhalten und dennoch ausreichend Kühlleistung bereit stellen zu können,
- Berücksichtigung einer geplanten Ankunftszeit und/oder Lieferung von Gütern in einem urbanen Bereich.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berücksichtigung von geplanter Ankunftszeit und/oder Lieferung von Gütern im zweiten Betriebsmodus erkannt wird, ob das Brennstoffzellen-Fahrzeug (1) einen urbanen Bereich innerhalb einer Uhrzeit befährt, in der ein reduzierter Immissionsgrenzwert gilt, woraufhin durch Vorkonditionierung und Ansteuerung der Komponenten des Brennstoffzellen- Fahrzeugs (1) und/oder des Brennstoffzellensystems (2) sichergestellt wird, dass das Brennstoffzellen-Fahrzeug (1) diesen Grenzwert nicht überschreitet.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierung und/oder Deaktivierung des ersten und/oder des zweiten Betriebsmodus manuell und/oder automatisch mittels Geofencing und/oder mittels prädiktiver Routenplanung und/oder einer prädiktiven Steuerung eines Antriebsstrangs des Brennstoffzellen-Fahrzeugs (1) erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die prädiktive Routenplanung und/oder die prädiktive Steuerung des Antriebsstrangs vorhersagt, dass das Brennstoffzellen-Fahrzeug (1) einen urbanen Bereich passieren wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebsmodus aktiviert wird, wenn detektiert wird, dass das Brennstoffzellen-Fahrzeug (1) sich in einem urbanen Bereich befindet.
10. Brennstoffzellen-Fahrzeug (1), aufweisend ein Brennstoffzellensystem (2), ein akustisches Fahrzeug-Warnsystem (3) zur Erzeugung akustischer Warnsignale beim Rangieren und Fahren mit niedrigen Geschwindigkeiten, eine Traktionsbatterie (4) und mindestens einen elektrischen Antriebsmotor (5), der aus dem Brennstoffzellensystem (2) und/oder der Traktionsbatterie (4) mit elektrischer Energie versorgt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellen-Fahrzeug (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche konfiguriert ist.
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