EP4710385A1 - Verfahren zum betreiben eines elektrischen antriebssystems eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines elektrischen antriebssystems eines kraftfahrzeugs

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EP4710385A1
EP4710385A1 EP24723828.0A EP24723828A EP4710385A1 EP 4710385 A1 EP4710385 A1 EP 4710385A1 EP 24723828 A EP24723828 A EP 24723828A EP 4710385 A1 EP4710385 A1 EP 4710385A1
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EP24723828.0A
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Namir Haider Syed
Ottmar Gehring
Felix Kauffmann
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Daimler Truck Holding AG
Original Assignee
Daimler Truck AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest eine Brennstoffzelle und mindestens eine Batterie. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mit einer im Fahrzeug angeordneten Recheneinheit in Echtzeit eine Betriebsstrategie ermittelt wird, wobei die Betriebsstrategie eine konstante Leistungsvorgabe mit niedrigen Betriebspunkten anstrebt, sodass die Brennstoffzelle durchgehend mit konstanter Leistung betrieben wird.

Description

Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs. Das elektrische Antriebssystem umfasst zumindest eine Brennstoffzelle.
Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich insbesondere um einen LKW handeln, welcher als Hauptenergiequelle die Brennstoffzelle aufweist. Für derartige Kraftfahrzeuge bzw. LKWs besteht das Problem, dass je nach der Fahrstrecke sowie abhängig von den vorherrschenden Verkehrsverhältnissen die Antriebsleistung stark schwankt, wobei ein ebenso schwankender bzw. unkontrollierbarer Energiebedarf für den Antrieb resultiert. Dieser schwankende Energiebedarf muss von der Brennstoffzelle und einer Pufferbatterie bereitgestellt werden.
Aus ökonomischen Gründen sollte die Pufferbatterie nicht zu groß ausgeführt sein. Daher fällt die Energieschwankung meist auf die Brennstoffzelle zurück.
Nachteilig wirken sich stark schwankende Leistungen sowie Betriebspunkte mit sehr hoher Leistung schädigend auf die Brennstoffzelle aus. Insbesondere wird die Lebensdauer der Brennstoffzelle damit stark beeinträchtigt bzw. negativ beeinflusst. Des Weiteren führen schwankende Leistungen bzw. hohe Betriebspunkte zu einem insgesamt schlechten Wirkungsgrad der Brennstoffzelle, wodurch ein hoher Wasserstoffverbrauch resultiert.
In der Vergangenheit wurden daher schon unterschiedliche Verfahren getestet, um die verfügbare Leistung bzw. den Energiebedarf der Brennstoffzelle, insbesondere auch in Verbindung mit der Pufferbatterie, zu verbessern. So beschreibt die DE 102020 004 102 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Pufferbatterie und eine Brennstoffzelle zum Bereitstellen von elektrische Antriebsleistung. Hierbei werden Streckendaten, und darauf aufbauend Verbrauchsdaten prognostiziert. Basierend auf den prognostizierten Verbrauchsdaten wird ein Gesamtenergiebedarf für die Strecke ermittelt. Darauf aufbauend wird eine mittlere Brennstoffzellenleistung ermittelt, welche benötigt wird, um zusammen mit der zum Startzeitpunkt der Strecke in der Pufferbatterie gespeicherten Energie den Gesamtenergiebedarf über eine konstante Leistungstrajektorie für die Brennstoffzelle festzulegen. Es wird folglich eine phlegmatische Leistungstrajektorie bei maximaler Nutzung aller Rekuperationspotenziale sowie eine maximal verfügbare Antriebsleistung berechnet.
Zum weiteren Stand der Technik kann außerdem auf die DE 102020 114269 A1 verwiesen werden, welche ebenso ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen- Fahrzeugs beschreibt. Dabei werden zunächst zu erwartende Fahrwiderstände aus einer vorausliegenden Fahrstrecke bestimmt und anschließend Parameter erfasst, welche eine Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle mit der Pufferbatterie bestimmen. Anschließend kann eine Geschwindigkeit bestimmt werden, welche gleichmäßig über die vorausliegende Strecke ausgelegt ist. Dabei wird die durch das Brennstoffzellen-Fahrzeug bereitgestellt Leistung auf einen Wert begrenzt, welche zur Erreichung der Geschwindigkeit erforderlich ist.
Aus der DE 102017213 088 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs mit einer Brennstoffzelle bekannt, bei welchem auf Grundlage von Navigationsdaten und Streckeninformationen prädizierende Verbrauchsdaten bestimmt werden. Darauf aufbauend wird die Brennstoffzelle möglichst optimiert im Wirkungsgrad betrieben.
Aus dem Stand der Technik sind daher Verfahren bekannt, mit welchen auf Grundlage einer maximal zur Verfügung stehenden Antriebsleistung die Nutzung der Brennstoffzelle sowie der Pufferbatterie bestimmt werden. Dabei findet unter anderem eine Berechnung einer phlegmatisierten Leistungstrajektorie statt, welche auf Grundlage einer maximalen Nutzung aller Rekupationspotentiale sowie bei maximaler zur Verfügung stehenden Antriebsleistung berechnet wird. Nachteilig erfolgt die Berechnung auf Grundlage der insgesamt zur Verfügung stehenden, maximalen Leistung, wodurch ebenso die Lebensdauer der Brennstoffzelle sowie der Pufferbatterie negativ beeinflusst werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs anzugeben, welches die vorgenannten Nachteile überwindet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
Im Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit einer im Fahrzeug angeordneten Recheneinheit in Echtzeit eine Betriebsstrategie ermittelt, wobei die Betriebsstrategie eine konstante Leistungsvorgabe mit niedrigen Betriebspunkten anstrebt, sodass die Brennstoffzelle durchgehend mit konstanter Leistung betrieben wird. Dadurch wird ein Ausbalancieren zwischen Energieeffizienz, Lebensdauer sowie Leistungsverfügbarkeit über Steuerungsparameter angestrebt. Unter der Energieeffizienz werden insbesondere Rekuperationspotenziale berücksichtigt. Unter der Leistungsverfügbarkeit kann eine Fahrleistung sowie ein verfügbares Antriebsmoment berücksichtigt werden. Insbesondere kann eine einstellbare Gewichtung zwischen dem Energieverbrauch und der Lebensdauer der Brennstoffzelle zugrunde gelegt werden, wobei individuelle Randbedingungen berücksichtigt werden können.
Insgesamt kann daher die Lebensdauer der Brennstoffzelle sowie der Pufferbatterie verbessert bzw. optimiert werden. Weiterhin kann ein Wasserstoffverbrauch bei Strecken mit einer Topographie gesenkt werden. Insbesondere wird ein akuter Energiemangel in Hochlastphasen gemieden. Insgesamt können die Betriebskosten des Kraftfahrzeugs gesenkt sowie die Performance des Fahrzeugs verbessert werden.
Mit anderen Worten erfolgt eine Phlegmatisierung der Leistung der Brennstoffzelle, wobei nicht versucht wird, die Brennstoffzelle möglichst im Wirkungsoptimum zu betreiben oder weitgehend abzuschalten, sondern hingegen die Brennstoffzelle auf einer konstanten Leistung durchgehend zu betreiben.
Das Verfahren ist zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs ausgebildet, wobei das elektrische Antriebssystem zumindest eine Brennstoffzelle und mindestens eine Batterie umfasst. Insbesondere erfolgt mit einer lediglich geringen Rechenleistung und einem heuristischen Vorgehen die Bestimmung einer Betriebsstrategie in Echtzeit mit einer an Bord des Fahrzeugs befindlichen Recheneinheit. Dabei wird eine möglichst konstante Leistungsvorgabe mit möglichst niedrigen Betriebspunkten angestrebt.
Bevorzugt kann die konstante Leistung aus vorbestimmten Streckendaten ermittelt werden. Diese konstante Leitung betrifft insbesondere nicht eine maximal zur Verfügung stehende Leistung, sondern eine optimierte Leistung zum Betrieb der Brennstoffzelle sowie zum Vorhalten eines ausreichenden Ladezustands der Pufferbatterie.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann es dabei vorgesehen sein, dass eine Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle angepasst wird, wenn ein Ladezustand der Batterie einen minimalen Grenzwert unterschreitet oder einen maximalen Grenzwert überschreitet. Dadurch kann auch die Lebensdauer der Pufferbatterie verlängert sowie der Wirkungsgrad verbessert werden.
Dabei kann es gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass eine Streckenplanung angepasst wird, um die Brennstoffzelle mit konstanter Leistung zu betreiben. Da sich stark schwankende Leistungen sowie Betriebspunkte mit hoher Leistung auf die Brennstoffzelle schädigend auswirken und die Lebensdauer der Brennstoffzelle verkürzen, wird daher beispielsweise die Strecke an sich angepasst, um den Betrieb mit konstanter Leistung zu ermöglichen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann es vorsehen, dass eine Anpassung der Betriebsstrategie unter Berücksichtigung einer Fahrleistung, einer Energieeffizienz und einer Lebensdauer der Brennstoffzelle erfolgt. Dabei kann die Anpassung an Bord des Fahrzeugs während der Fahrt erfolgen, wobei individuelle Anpassungen oder unvorhergesehene Ereignisse berücksichtigt werden können. Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann es dabei vorgesehen sein, dass es sich bei dem Fahrzeug um einen LKW handelt, der zum Transport von Waren genutzt wird. Demnach handelt sich beispielsweise um ein Transportfahrzeug, das einem Flottenmanagement unterliegt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann es vorsehen, dass Daten eines Transportauftrags und einer geplanten Strecke an ein Datencloudsystem transferiert werden, wobei die Daten dort mit Wetterdaten, Verkehrsdaten und/oder fahrzeugspezifische Daten kombiniert werden und als ein Datenset an ein Horizontmodul weitergeleitet werden. Dadurch kann die Betriebsstrategie just-in-time angepasst werden, wenn sich die Randbedingungen ändern.
Dabei kann es gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass sich das Horizontmodul im Fahrzeug befindet. Dies kann beispielsweise einen rollierenden Horizont ausgehend von einer aktuellen Position des Fahrzeugs bereitstellen, welcher Daten von Steigungen, Krümmungen, Verkehrsfluss sowie Wetter entlang der vorgegebenen Strecke beinhaltet.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann es dabei vorgesehen sein, dass durch ein Simulationsmodul ein Energiebedarf für den Transportauftrag bestimmt wird, wobei eine Fahrstrategie, ein Geschwindigkeitsverlauf, ein Antriebs- und Bremsmoment und/oder eine Antriebs- und Bremsleistung berücksichtigt werden, und wobei das Simulationsmodul einen Geschwindigkeitsverlauf für die geplante Strecke berechnet. Das Simulationsmodul kann beispielsweise einen gesamten Horizont simulieren. Dabei werden beispielsweise maximal mögliche Leistungen des Antriebssystems, Wetterbedingungen, Temperaturbedingungen und die daraus eventuell resultierenden zusätzlichen Einschränkungen der Leistung des Antriebssystems berücksichtigt.
Dabei kann es gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass das Simulationsmodul die berechneten Daten an ein Segmentierungsmodul weiterleitet, wobei das Segmentierungsmodul eine Kategorisierung der durch das Simulationsmodul ermittelten Daten erfolgt, und daran anschließend ein Abgleich mit zugrundeliegenden Grenzwerten zur Lebensdaueroptimierung der Brennstoffzelle erfolgt, wobei eine Optimierung der berechneten Daten zumindest von Teilen der geplanten Strecke erfolgt, wenn ein minimaler Grenzwert unterschritten und/oder ein maximaler Grenzwert überschritten ist. Die Teile der geplanten Strecke können beispielsweise durch ein Horizontsegmentierungsmodul bestimmt werden, wobei je nach lokal erforderlicher Antriebs- bzw. Bremsleistung der Horizont in Use Cases eingeteilt werden kann. So kann beispielsweise eine Niedriglast, eine Teillast, eine Volllast sowie eine Rekuperation zugrunde gelegt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.
Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens;
Fig. 2 ein weiteres Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens; und Fig. 3 ein weiteres Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens.
In der Darstellung der Fig. 1 ist ein mögliches Ablaufdiagramm des Verfahrens dargestellt. Dabei wird beispielhaft eine prädiktive Leistungssteuerung einer Brennstoffzelle beschrieben. In Schritt 1 kann ein Fahrer, ein Flottenmanager oder ein Disponent einen Transportauftrag inklusive einer Tour planen. Dabei können Informationen über die geplante Strecke, das entsprechende Fahrzeug und gegebenenfalls Informationen über den Fahrer bereitgestellt werden. Dieser Transportauftrag kann in Schritt 2 an ein Datencloudsystem übertragen und dort mit zusätzlichen Daten wie Wetter, Verkehr und/oder fahrzeugspezifischen Daten angereichert und als Tourdatenset an ein Horizontmodul 3 weitergeleitet werden. Das Horizontmodul 3 befindet sich vorzugsweise an Bord des Fahrzeugs und kann beispielsweise einen rollierenden Horizont ausgehend von einer aktuellen Position des Fahrzeugs bestimmen. Der rollierende Horizont kann Daten aus Steigung, Krümmung, Verkehrsfluss sowie dem vorherrschenden Wetter entlang der vorgegebenen Tourenplanung enthalten. Der rollierende Horizont kann einem Simulationsmodul 4 zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere besitzt der Horizont eine vorgegebene Streckenlänge, die in anspruchsvoller Topographie mit großen Höhenunterschieden länger sein muss als im Flachland. Länger bedeutet insbesondere in einem Bereich von 50-100 km, wobei im Flachland eine Strecke von keiner 50 km vorherrschen kann. Das Simulationsmodul 4 kann den gesamten Horizont unter Berücksichtigung der Fahrstrategie simulieren und einen angenommenen realistischen Geschwindigkeitsverlauf mit zugehörigem Antriebs- und Bremsmoment bzw. Antriebs- und Bremsleistung erzeugen. Daraus kann sich ein Energiebedarf ableiten. Insbesondere können maximal mögliche Leistungen des Antriebssystems auch unter Berücksichtigung von Wetter- und Temperaturbedingungen und daraus resultierenden zusätzlichen Einschränkungen der Leistung des Antriebssystems berücksichtigt werden. Ebenso können verkehrsbedingte Behinderungen, welche sich auf eine reduzierte Fahrgeschwindigkeit auswirken, berücksichtigt werden. Das Simulationsmodul 4 kann die erstellte Simulation mit den relevanten Daten an ein Horizontsegmentierungsmodul 5 weiterleiten. Bei den relevanten Daten kann es sich um Antriebs- und Bremsmomente, notwendige zuzuführende Leistung und Energie, rekuperierbare Leistung und Energie, durchschnittlichen Energiebedarf, Geschwindigkeitsverlauf, Temperaturprognosen oder Kühlkreisläufe handeln.
Das Horizontsegmentierungsmodul 5 kann je nach lokal erforderlicher Antriebs- oder Bremsleistung den Horizont in Use Cases einteilen. So kann beispielsweise eine Niedriglast vorliegen, welche eine Antriebsleistung in kleiner als der maximalen Brennstoffzellenleistung definiert. Im Falle einer Teillast kann eine Antriebsleistung höher als die maximale Brennstoffzellenleistung, aber niedriger als eine maximale Antriebsmotorleistung vorliegen. Im Falle einer Volllast kann die erforderliche Antriebsleistung höher als die verfügbare maximale Motorleistung bei einer Bergauffahrt vorliegen, wodurch das Fahrzeug langsamer wird. Im Falle einer Rekuperation kann ein Bremsmoment bzw. negatives Antriebsmoment durch eine Bergabfahrt genutzt werden, um Energie in die Batterie rückzugewinnen bzw. dort abzuspeichern.
Alle Daten der Simulation bzw. der Segmentierung des Horizonts können in ein weiteres Modul 6 übergeben werden. Dabei können die zuvor bestimmten Daten in einem Simulationsmodul 8 über einen gesamten Horizont bei einer als konstant angenommen Brennstoffzellenleistung errechnet werden, welche dem zuvor berechneten durchschnittlichen Energiebedarf aus Schritt 4 abzüglich der ermittelten Rekuperationsenergie entspricht. Anschließend kann eine Überprüfung erfolgen, ob eine Unterschreitung oder Überschreitung von vorgegebenen SOC-Grenzwerten vorliegt. Liegt keine Verletzung vor, so kann in Schritt 10 und 11 die ermittelte Brennstoffzellenleistung für eine vordefinierte Zeitspanne bereitgestellt werden, und zwar solange bis ein neuer Horizont bereitgestellt ist und eine neue Berechnung mit Schritt 3 beginnen kann.
Wird eine SOC-Verletzung an einer oberen SOC-Grenze festgestellt, so kann der Horizont in zwei Teilhorizonte aufgeteilt werden. Die Aufteilung kann an einer Use Grenze zwischen einem Betroffenen Use Case und einem nachfolgenden Use Case aus der Einteilung erfolgen. Anschließend kann mit beiden Teilen des Horizonts eine erneute Simulationsberechnung im Simulationsmodul 8 erfolgen. Der erste Teil des Horizonts mit der SOC-Verletzung am Ende kann derart neu simuliert werden, dass es zu keiner Verletzung der oberen SOC-Grenze mehr kommt. Dies kann beispielsweise durch eine Verringerung der BZ-Leistung oder durch Verringerung der Rekuperationsphasen durchgeführt werden. Dies ist abhängig von einer Zielvorgabe die bestimmt, ob eine Energieeffizienz (BZ-Leistung verringert) oder eine BZ-Alterung (Rekuperationspotential verringert) im Fokus steht. Dies ist beispielsweise in Figur 3 gezeigt. Eine derartige Unterscheidung beziehungsweise Gewichtung kann mittels entsprechender Parameter, wie beispielsweise einem Lebensdauerparameter, gesteuert werden. Ein Umfang der Absenkung kann aus einem Energiebetrag abgeleitet werden, der oberhalb der SOC- Grenze zum Liegen kommt. Der zweite Teilhorizont kann dann mit dem neuen korrigierten Startwert simuliert werden. Der zweite Teilhorizont kann ebenso auf eine weitere SOC- Verletzung überprüft werden. Wird keine Verletzung erkannt, kann der Teilhorizont wie bereits der erste vordere Teilhorizont in Richtung der Schritte 11 und 12 weitergegeben werden. Wird erneut eine SOC-Verletzung festgestellt, muss der gesamte Ablauf von Schritt 6 bis Schritt 10 erneut durchgeführt werden. Hier kann es zu immer wiederkehrenden gleichförmigen Abläufen kommen, sodass eine rekursive Programmierung für diese Schritte vorteilhaft ist.
Wird eine SOC-Verletzung einer unteren Grenze festgestellt, kann der Horizont gleichfalls in zwei Teilhorizonte aufgeteilt werden. In dem ersten Horizontabschnitt kann die Brennstoffzellenleistung derart erhöht werden, dass es nicht mehr zu der unteren SOC- Grenzverletzung kommen kann. Ist eine ausreichende Erhöhung der BZ-Leistung nicht mehr möglich, da eine maximal mögliche verfügbare BZ-Leistung ausgeschöpft ist, oder ist eine Limitierung des Kühlsystems nicht erwünscht, so kann eine Reduktion der Fahrleistung in dem betroffenen Horizontabschnitt ausgeführt werden. Außerdem kann hier analog zur Grenzverletzung an der oberen SOC Grenze gesteuert über einen Lebensdauerparameter eine reduzierte oder ganz unterdrückte Erhöhung der Brennstoffzellenleistung umgesetzt werden, was dann ebenfalls zu einer reduzierten Fahrleistung führt. Kommt es zu einer reduzierten Fahrleistung, muss eine erneute Simulation der Antriebsleistung sowie eine neue Einteilung der Use Cases mit reduzierter Antriebsleistung vorgenommen werden, um anschließend eine erneute Prüfung auf SOC- Verletzungen durchzuführen. Dies ist beispielsweise in Figur 2 gezeigt. Es besteht beispielsweise die Möglichkeit, bei erkannten Limitierungen des Thermomanagementsystems eine niedrigere Obergrenze der BZ-Leistung vorzunehmen, um rechtzeitig in eine reduzierte Fahrleistung überzugehen. Der zweite Teilhorizont kann erneut mit erhöhtem SOC-Startwert simuliert werden, und auf noch auftretende Verletzungen überprüft werden. Im Falle einer SOC-Verletzung können die Schritte 6 bis 10 wiederholt werden.
Ein zugehöriger Algorithmus zu den oben beschriebenen Verfahrensschritten ist in Fig. 2 und 3 zu erkennen. Der dargestellte Algorithmus in Fig. 2 beschreibt eine SOC-Verletzung nach unten, wobei zu wenig Energie im Horizont vorhanden ist. Hierbei kann in Schritt 21 festgestellt werden, ob eine SOC-Verletzung vorliegt. Daraufhin wird in Schritt 24 entschieden, ob ein Powermodus gestartet werden soll oder nicht. Wird er gestartet, erfolgt in Schritt 23 eine Erhöhung der Brennstoffzellenleistung, und zwar solange, bis das Energiedefizit ausgeglichen ist. Soll der Powermodus nicht gestartet werden, so kann in Schritt 25 anteilig eine Erhöhung der Brennstoffzellenleistung erfolgen. Dabei können über den Schritt 26 Lebensdauerparameter mitberücksichtigt werden. Ebenso kann in Schritt 22 eine Berücksichtigung von Leistungsbegrenzungen eines Thermomanagementsystems sowie eines Batteriemanagementsystems erfolgen.
Dasselbe kann in Schritt 20 bei der Erhöhung der Brennstoffzellenleistung berücksichtigt werden. Nach Schritt 23 wird in Schritt 27 überprüft, ob ein Energiebedarf gedeckt ist. Ist dies der Fall, so wird der entsprechende Vorgang umgesetzt, Schritt 31. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt zunächst noch eine Reduktion der Fahrleistung um einen entsprechenden Fehlbetrag in Schritt 29. Wird der Powermodus nicht aktiviert, so wird in Schritt 28 entschieden, ob die Fahrleistung akzeptabel ist oder nicht. Ist dies der Fall, so wird der entsprechende Vorgang umgesetzt, Schritt 31. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt zunächst noch eine Erhöhung der BZ-Leistung bis eine mindestens erforderliche Fahrleistung erreicht ist, Schritt 30.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens, wobei eine SOC-Verletzung nach oben dargestellt ist, wobei zu viel Energie im Horizont vorhanden ist. Demnach wird in Schritt 21 ein Energieüberschuss festgestellt. In Schritt 24 wird daher bestimmt, ob ein Energiemodus gestartet werden soll. Dementsprechend kann in Schritt 23 eine Absenkung der Brennstoffzellenleistung bis zu einem Energieüberschuss ausgeglichen werden. In Schritt 25 kann eine anteilige Absenkung der Brennstoffzellenleistung erfolgen. In Schritt 27 wird demnach überprüft, ob der Energieausgleich möglich war, wobei in Schritt 29, wenn dies nicht der Fall war, eine Reduktion der Rekuperation erfolgen kann. Dementsprechend kann in Schritt 28 überprüft werden, ob eine Bremsleistung ausreichend war, sodass ein Energieüberschuss ausgeglichen ist. Ist dies nicht der Fall, so kann in Schritt 30 eine Absenkung der BZ- Leistung bis zu einer mindestens erforderlichen Bremsleistung erfolgen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest eine Brennstoffzelle und mindestens eine Batterie, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer im Fahrzeug angeordneten Recheneinheit in Echtzeit eine Betriebsstrategie ermittelt wird, wobei die Betriebsstrategie eine konstante Leistungsvorgabe mit niedrigen Betriebspunkten anstrebt, sodass die Brennstoffzelle durchgehend mit konstanter Leistung betrieben wird.
2. Verfahren (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die konstante Leistung aus vorbestimmten Streckendaten ermittelt wird.
3. Verfahren (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle angepasst wird, wenn ein Ladezustand der Batterie einen minimalen Grenzwert unterschreitet oder einen maximalen Grenzwert überschreitet.
4. Verfahren (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Streckenplanung angepasst wird, um die Brennstoffzelle mit konstanter Leistung zu betreiben.
5. Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassung der Betriebsstrategie unter Berücksichtigung einer Fahrleistung, einer Energieeffizienz und einer Lebensdauer der Brennstoffzelle erfolgt.
6. Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Fahrzeug um einen LKW handelt, der zum Transport von Waren genutzt wird.
7. Verfahren (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
Daten eines Transportauftrags und einer geplanten Strecke an ein Datencloudsystem transferiert werden, wobei die Daten dort mit Wetterdaten, Verkehrsdaten und/oder fahrzeugspezifische Daten kombiniert werden und als ein Datenset an ein Horizontmodul weitergeleitet werden.
8. Verfahren (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Horizontmodul im Fahrzeug befindet.
9. Verfahren (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein Simulationsmodul ein Energiebedarf für den Transportauftrag bestimmt wird, wobei eine Fahrstrategie, ein Geschwindigkeitsverlauf, ein Antriebs- und Bremsmoment und/oder eine Antriebs- und Bremsleistung berücksichtigt werden, und wobei das Simulationsmodul einen Geschwindigkeitsverlauf für die geplante Strecke berechnet.
10. Verfahren (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Simulationsmodul die berechneten Daten an ein Segmentierungsmodul weiterleitet, wobei das Segmentierungsmodul eine Kategorisierung der durch das Simulationsmodul ermittelten Daten erfolgt, und daran anschließend ein Abgleich mit zugrundeliegenden Grenzwerten zur Lebensdaueroptimierung der Brennstoffzelle erfolgt, wobei eine Optimierung der berechneten Daten zumindest von Teilen der geplanten Strecke erfolgt, wenn ein minimaler Grenzwert unterschritten und/oder ein maximaler Grenzwert überschritten ist.
11. Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe eines Steuerparameters im Falle eines Überangebots an verfügbarer Energie im Vorausschauhorizont zwischen Rekuperation zur Steigerung der Energieeffizienz oder einer verringerten Absenkung der Brennstoffzellenleistung zur Verbesserung der Lebensdauer der Brennstoffzelle abgewogen werden kann.
12. Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe eines Steuerparameters im Falle eines Unterangebots an verfügbarer Energie im Vorausschauhorizont zwischen einer Steigerung der Brennstoffzellenleistung auf Kosten der Lebensdauer der Brennstoffzelle oder einer verringerten Fahrleistung abgewogen werden kann.
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