JP2020518957A - 燃料電池システムを運転するための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、燃料電池システム（２２）およびこの燃料電池システム（２２）の少なくとも１つのサブシステム（３０）を運転するための方法およびシステムに関する。【解決手段】 これらの燃料電池システムおよびそのサブシステムは車両（１０）内に配置されており、この場合、前記車両（１０）のドライブトレイン（１２）のためのエネルギは、前記燃料電池システム（２２）からも、また代替的なエネルギアキュムレータ（２６）からも引き出すことができる。この方法は、次の方法ステップを有している。まず、前記車両（１０）の停止段階および／またはストップ段階の回数および継続時間を、第１の車両状態（８６）または第２の車両状態（８８）で、車両状態特有の学習機能（９０，１１２）を用いて、所定の時間間隔で算出する。次いで、前記燃料電池システム（２２）の運転パラメータおよび前記燃料電池システム（２２）の少なくとも１つの前記サブシステム（３０）の運転パラメータを、前記車両（１０）の停止段階および／またはストップ段階の算出された回数および継続時間に依存して調節する。【選択図】 図１

Description

本発明は、車両内に配置された燃料電池システムを運転するための方法およびシステムに関するものであって、この場合、車両のドライブトレインのためのエネルギを、燃料電池システムからも、また代替的なエネルギアキュムレータからも引き出すことができる。

燃料電池システム（ＦＣＳとも呼ばれる、英語：fuel cell system）を備えた駆動システムを有する車両において、車両の停止時に、燃料電池システムのための遮断手順が実行される。

車両内に配置された燃料電池システムを運転するための本発明による方法で、この場合、車両のドライブトレインのためのエネルギを、燃料電池システムからも、また代替的なエネルギアキュムレータからも引き出すことができる方法において、第１の車両状態または第２の車両状態で、状態特有の学習機能を用いて、車両のアイドリングストップ段階の間隔の回数および継続時間の算出が、所定の時間間隔で実行されるように、設計されている。次いで、燃料電池システムの運転パラメータおよび燃料電池システムの少なくとも１つのサブシステムの運転パラメータを、車両の停止および／またはストップ段階の、算出された回数および継続時間に依存して調節し、最後に代替的なエネルギアキュムレータの充電状態（ＳＯＣ）の選択的な適合を行う。本発明に従って提案された解決策によって、車両の運転形式を、過ぎ去った走行目標に関してもまたこれから先の走行目標にも関して考慮する可能性が存在する。このために、燃料電池システムの遮断およびサブシステム空気供給の遮断を遅らせる、つまりこのシステムの遅延を可能にする学習機能が実行される。サブシステム空気供給の遅延の追加的な引き延ばしは、負荷なしで、つまり完全に開放された圧力制御フラップにおいてほぼ無圧でこのシステムをさらに作動させることによって可能であり、この場合、最小空気質量流量はバイパスフラップの完全な開放によって実現されていて、最小の空気質量流量は、燃料電池スタック自体を通ってガイドされるのではなく、燃料電池スタックに沿ってガイドされる。追加的に、ナビゲーションシステムを介して、実際の走行ルートの特別な独自性、さらに周囲温度および別の運転パラメータが考慮されてよい。

車両はハイブリッドのエネルギ源を有しており、これは、車両の電気駆動装置のためのエネルギに関する。電気駆動装置のためのエネルギは、燃料電池システムからのものでも、また選択的なエネルギアキュムレータからのものでもよい。電気駆動装置は、例えば電気機械、パワーエレクトロニクスおよび伝動装置を備えた電気ドライブトレイン（英語：powertrain「パワートレイン」）を含む。車両は好適には、燃料電池システムを備えた電気自動車（ＥＶとも呼ばれる、英語：electric vehicle）である。選択的に、車両は、燃料電池システムを備えたプラグインハイブリッド車両またはハイブリッド車両であってよい。車軸の駆動装置に追加して、別の駆動装置、例えば全輪のための２車軸駆動装置が組み込まれていてもよい。特に、例えば電気機械、パワーエレクトロニクスおよび伝動装置を備えたそれぞれ１つの電気駆動装置が１つの車軸に設けられていてよい。２つの電気駆動装置が、燃料電池システムおよび選択的なエネルギアキュムレータに接続されていてよい。別の組み合わせも可能であり、例えば電気機械がバッテリから給電され、バッテリに回生することも可能である。この場合も、別の変化例、例えばホイールハブ駆動装置も可能である。

車両の選択的なエネルギアキュムレータは、車両用電池、または例えばエネルギ変換装置を備えた別のエネルギアキュムレータであってもよい。用語「バッテリ」は、この開示において言語慣用で一般的であるように、蓄電池システムとも解釈される。以下では、用語「バッテリ」および「電気的なエネルギアキュムレータ」は、簡略化のために十分に同義語的に使用される。好適には、選択的なエネルギアキュムレータは、車両用電池またはスーパーコンデンサ（ＳｕｐｅｒｃａｐまたはＳＣとも呼ばれる、英語：supercapacitor）を含んでいる。この場合、選択的なエネルギアキュムレータは、車両の制動エネルギを回収するためにも使用され得る。

燃料電池システムは、エネルギアキュムレータ、例えば電気化学的なエネルギ変換器を備えたＨ_２タンクを含む。電気化学的なエネルギ変換器は単独でも（Ｈ_２タンクなしで）燃料電池システムと呼ばれてよい。燃料電池システムは標準的な形式で、供給された燃料および酸化剤の化学的な反応エネルギを電気エネルギに変換するガルヴァーニ電池を含む。燃料電池システムは、例えば水素−酸素燃料電池システムであってよいが、エタノール、メタノールまたはその他の炭化水素をベースとしていてもよい。特に、この燃料電池システムは、ＰＥＭＦＣメンブラン技術（Proton Exchange Membran「陽子交換膜」）または固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ、英語：solid oxide fuel cell）を含んでいてよい。

本発明による方法は、例えば、遮断手順が燃料電池システムの陰極回路の乾燥を含む燃料電池システムにおいて使用されてよい。この場合、陰極回路およびセンサ内に残存する水または水蒸気の凍結を避けるために、特にスタックを有する陰極回路は、空気供給ユニットによって乾燥ブローされる。

燃料電池システムの遮断手順は、例えば次のステップを有しており、この場合、後続の列挙されたサブシステムが遮断され、この場合、この方法および形式並びに時間的な連続は、燃料電池システムのそれぞれのトポロジーに依存している。
−空気システム：空気供給ユニットによる陰極回路のオプション的な除湿／乾燥後：空気供給の停止、次いで残りの体積内の酸素が数分および数秒以内に消散される。
−Ｈ_２供給の遮断（例えば弁）、Ｈ_２供給ユニットのポンピング、従って陽極回路が同様に遮断される。
−冷却システムが温度に依存して遮断され、この場合、これは空気およびＨ_２制御に接続されていてよいが、必然的な形式ではない。
−電気システムの遮断。

特にこの方法は、高自動化されたまたは完全自動化された車両において、例えば自律走行において使用され得る。相応の監視機能は、十分な精度および信頼性を伴って連続的にアクティブに実行される。この場合、この方法は、ソフトウエアパラメータによってそれぞれのシステムおよび構成要素設計に柔軟に適合される。特に、バッテリの大きさまたはハイブリッド化程度も、この方法の調節／応用の際に考慮されるか、またはこの方法によって自動的に構成要素（例えばバッテリサイズ）に適合される。監視は、好適には車両コントロールユニットのために標準的なタイムスキャンで行われる。この場合、高い走査速度は必ずしも必要ではないので、計算能力に顕著な影響が及ぼされることはないか、または相応のコントロールユニットに特別な要求が課される必要はない。

本発明によれば、さらに、車両内に配置されていて代替的なエネルギアキュムレータに接続されている燃料電池システムを運転するためのシステムが提案されており、この場合、車両のドライブトレインのためのエネルギは、燃料電池システムおよび代替的なエネルギアキュムレータから同時に引き出すことができるか、またはこれらのエネルギ源のうちの一方からのみ引き出すことができる。このシステムは、前記方法のうちの１つを実施するために構成されているかまたは設計されているので、方法に関連して記載された特徴は、相応にシステムのために開示されたものとみなされるべきであり、またその逆でもある。

好適には、このシステムはナビゲーションシステムに接続されており、このナビゲーションシステムを介して、所定の走行目標およびこの走行目標に対する残りの走行距離が確定されている。

これらのモジュールは、コンピュータにより実行される装置として構成されていてよく、好適にはソフトウエア構成要素を含んでいる。必要なコンピュータコードは、任意のデータ媒体で提供され、方法を実行するために本質的に寄与する。

本発明によれば、コンピュータプログラムが提案されており、このコンピュータプログラムにより、このコンピュータプログラムがプログラミング可能なコンピュータ装置で実行されると、ここに記載された方法のうちのいずれか１つが実施される。コンピュータプログラムは複数の命令を含んでおり、これらの命令は、前記システムまたはサブシステムのうちの１つが、前記方法のうちの１つの相応のステップを実行するように働く。このコンピュータプログラムは、例えば車両のバッテリマネジメントシステムを実行するためのおよび／または燃料電池システムのための制御システムを実行するためのモジュールである。本発明は、コンピュータ読み取り可能な媒体も含んでおり、この媒体にコンピュータプログラムが記憶されている。コンピュータプログラムは、例えば永久的なまたは再書き込み可能な記憶媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ブルーレイディスクまたはＵＳＢスティックに記憶され得る。これに追加してまたは代替的に、コンピュータプログラムはコンピュータ装置、例えばサーバーまたはクラウドコンピューティングシステムに、例えばインターネット等のデータネットワーク、または電話線若しくは無線接続等の通信接続を介してダウンロードするために提供され得る。

本発明によればさらに、燃料電池システムおよび代替的なエネルギアキュムレータを有する車両が提案されており、この場合、車両の駆動装置のためのエネルギが燃料電池システムおよび代替的なエネルギアキュムレータから同時に、またはこれらのエネルギ源のうちの一方からのみ引き出される。車両はさらにオプション的にナビゲーションシステムを有しているか、またはナビゲーションシステムに接続されており、それによって所定の走行目標およびこの走行目標に対する残りの走行距離が確定されている。公知の実施例によれば、代替的なエネルギアキュムレータは、単数または複数の車両用電池および／またはスーパーコンデンサを含む。

本発明により提案された解決策によって、燃料電池システムおよびそのサブシステムを備えた車両のためのアイドリングストップ過程の回数を著しく減少させることができる。それから得られた利点は、特に燃料電池システム内でアクチュエータに設定される負荷パターンにあり、特にサブシステム空気供給内のアクチュエータが最小化される、という点にある。これにより他方では、使用された構成部分の摩耗および劣化並びに整備間隔が改善され得る。構成要素の故障確率が低下され、それによって燃料電池システムおよびそのサブシステム空気供給の安定的な運転が得られる。システム内に取り付けられたアクチュエータの設計時に、負荷パターンの低下を考慮することができるので、構成要素を安価に設計することができる。

特に、サブシステム空気供給は、本発明により提案された解決策において、アイドリングストップ過程の最小化により機械的に明らかに負荷軽減されている。サブシステム空気供給は、発生した高い回転数に基づいてガス軸受を有しており、このガス軸受に対しては、本発明により提案された方法を実行する際に、明らかに低下された要求を設定することができる。このシステムにおいて、アイドリングストップ過程は非常に危険な作動点を示す。何故ならば、空気静力学的な圧力クッションは限界回転数を下回るガス軸受においてもはや、軸を無接触でセンタリングするために十分ではなく、従って、摩耗に重大な影響を及ぼす材料摩擦を生ぜしめるからである。本発明により提案された解決策では、発生したアイドリングストップ過程の最小化によって、このような危険な摩耗に特に良好な影響を及ぼすか、またはガス軸受の使用をそもそも最初から可能にする。別の軸受型式においても、アイドリングストップ過程の減少は利点を提供する。

燃料電池システム内およびサブシステム空気供給内に取り付けられたアクチュエータの制御の減少に基づいて、音響発生の低下が得られるか、または音響発生の均一化、およびひいてはより不快感の少ない感知も得られる。さらに、走行サイクルの予習および復習のために必要なシステムアクションはより少なくて済み、これによって、実行される機能が少ないことによりエラーの可能性の劇的な減少が得られる。

本発明によって提案された方法は、車両によって自律的に制御され、例えば車両対車両インフラストラクチャーまたはクラウド接続等との接続をまったく必要としない。特にナビゲーションシステムとのネットワーク構成によって、本発明により提案された、アイドリングストップ過程を最小化するための方法は最適化され得る。制御のために必要なデータは、車両のコントロールユニット内で、つまり車両内で直接に、または車両の外部のネットワーク化されたシステムにおいても記憶／処理することができる。これは、クラウド接続だけが考えられる。

本発明により提案された解決策によって、要求の減少によって、つまりアイドリングストップ過程の回数の減少によって、ガス軸受の使用がそもそも最初から可能である。何故ならば、高回転する圧縮器または高回転する流体機械のために要求されるアイドリングストップ過程の多すぎる回数は、実現するためのＫＯ基準を示すからである。本発明の解決策はさらに、音響発生の均一化、およびひいてはより不快感の少ない感知を可能にする。

本発明によるシステムを備えた車両の１例を示す図である。 本発明の１実施例による方法の概略図である。

図面を用いて、本発明の方法およびシステムを以下に詳しく説明する。

図１に示した図では、方法を説明するための１例として、少なくとも１つの代替的なエネルギアキュムレータ２６を備えた燃料電池システム２２の１つの可能なトポロジーだけを示す。ここでは明確に、図１に示した車両トポロジーの他に、少なくとも１つの代替的なエネルギアキュムレータ２６を備えた燃料電池システム２２のその他の多くの実施可能性が実現され得ることを指摘しておく。

図１は、燃料電池システム２２および少なくとも１つの代替的なエネルギアキュムレータ２６を搭載した車両１０を示す。燃料電池システム２２および代替的なエネルギアキュムレータ２６はそれぞれ、車両１０のドライブトレイン１２のために全エネルギまたはエネルギの一部を提供することができる。さらに、代替的なエネルギアキュムレータ２６は、標準的な形式でエネルギを回生により戻すこともできる。車軸１８のドライブトレイン１２に追加して、車両１０の別の車軸のためのさらに別のドライブトレイン１２が取り付けられていてもよいが、これは図示されていない。

燃料電池システム２２はコントロールユニット８０に接続されており、この場合、コントロールユニット８０は公知の監視および診断機能を備えていて、特に、燃料電池システム２２を車両１０のドライブトレイン１２と接続または遮断するためにも設計されており、この場合、コントロールユニット８０は燃料電池システム２２の遮断手順を作動させ、かつ実施することもできる。コントロールユニット８０には、第１の学習機能９０を実施するための第１のモジュール８２と、第２の学習機能１１２を実施するための別の第２のモジュール８４とが実装されている（図２参照）。

少なくとも１つの代替的なエネルギアキュムレータ２６、車両用電池またはスーパーコンデンサは、別のコントロールユニットに接続されており、この場合、この別のコントロールユニットは、公知の監視機能および診断機能で裏付けられていて、さらに、代替的なエネルギアキュムレータ２６を車両１０のドライブトレイン１２と接続または遮断するように設計されている。別のコントロールユニットはバッテリマネジメントシステムとして構成されていて、バッテリマネジメントシステムと呼ばれてもよい。基本的に、別のコントロールユニットを節約して、コントローユニット８０内に、少なくとも１つの代替的なエネルギアキュムレータ２６のための制御、監視、および診断機能を配属することも考えられる。

図１から、車両１０のドライブトレイン１２は、少なくとも１つの電気機械１６を備えた伝動装置１４を含んでいることがわかる。電気機械１６は、駆動される車軸１８のための駆動装置である。少なくとも１つの電気機械１６にインバータ２０が対応配設されており、ポジション６２によって双方向性が示されている。つまり少なくとも１つの電気機械１６は、発電機モードでもまたモータモードでも作業する。車両１０のドライブトレイン１２の構成要素は、図１では一点鎖線で示されている。

車両１０はさらに、燃料電池システム２２を含んでいる。この燃料電池システムは、Ｈ_２タンクとして構成された少なくとも１つのエネルギアキュムレータ２４を含んでいる。さらに、燃料電池システム２２は、サブシステム３０空気供給を含んでいる。このサブシステム３０内に、エアフィルタ３８および、このエアフィルタに後置接続された質量流量センサ４０が配置されている。サブシステム３０空気供給はさらに圧縮器４２を含んでおり、この圧縮器４２は、電気駆動装置として構成された圧縮器駆動装置４４によって駆動される。さらに、サブシステム３０空気供給内に中間冷却器４６が配置されており、この中間冷却器４６によって、加熱された空気は、燃料電池システム２２の中間冷却器４６の通過後に燃料電池スタック５０に流入する前に、圧縮器４２の後ろで再び冷却される。燃料電池スタック５０自体は冷却循環路５２によって温度調節され、この冷却循環路５２の構成要素は図１に示した図では概略的に示されているだけである。出力側で、燃料電池スタック５０はプラス極５４およびマイナス極５６を有している。

ドライブトレイン１２のインバータ２０は、燃料電池コンバータ６４に電気的に接続されている。

図１に示した図から、さらに、車両１０が少なくとも１つの代替的なエネルギアキュムレータ２６を含んでいることが明らかである。代替的なエネルギアキュムレータ２６は、少なくとも１つの高電圧バッテリとしてまたは複数のスーパーコンデンサの配置として構成されていてよい。図１に示した図から、さらに、代替的なエネルギアキュムレータ２６が、高電圧コンバータ６０を介してドライブトレイン１２とも、またサブシステム３０空気供給とも電気的に接続されていることが明らかである。高電圧コンバータ６０は、符号６２で示されているように、双方向性で駆動可能である。

さらに、車両１０は、通常の１２ボルト車両バッテリ２８を有しており、この１２ボルト車両バッテリ２８は、低電圧コンバータ５８を介して車両１０のドライブトレイン１２に接続されている。

燃料電池システム２２は図示の変化実施例ではバイパスフラップ３２を有しており、このバイパスフラップ３２を介して、サブシステム３０空気供給によって供給された空気が燃料電池スタック５０に沿って案内され得る。さらに、燃料電池システム２２内で下流側に、圧力制御フラップ３４が配置されている。燃料電池スタック５０は入力側で遮断弁３６に接続されている。図１に示されたトポロジーで構成された燃料電池システム２２がバイパスフラップ３２を有しているので、燃料電池システム２２を閉ループ制御および開ループ制御するための別の可能性が提供される。しかしながらこれは、本発明によって提案された方法が、バイパスフラップ３２なしに構成された燃料電池システム２２においても使用可能である、１つの構成可能性を意味するだけである。

図１に示した図では、車両１０の構成要素、特にドライブトレイン１２の構成要素、燃料電池システム２２の構成要素、およびサブシステム３０空気供給の構成要素、さらに代替的なエネルギアキュムレータ２６等が詳しく図示されているのに対して、図２ではフローチャートの図を用いて、移動式の燃料電池システム２２内での、および少なくとも１つのサブシステム３０空気供給でのアイドリングストップ動作を減少させるための本発明により提案された方法が、車両状態「オフ」（ポジション８６参照）、および車両状態「オン」（ポジション８８参照）を用いて詳しく説明されている。

図２に示したフローチャートから明らかなように、経過した走行のための車両１０の運転形式の考慮が、場合によっては第１の学習機能９０によって別の走行目標を見込むことによっても行われる。第１の学習機能９０は、第１のモジュール８２内で、結局のところ燃料電池システム２２の遮断およびサブシステム３０空気供給の遮断を引き延ばす。第１の学習機能９０は、車両１０の再始動が行われるまでの間の、特に個別走行間の停止時間／休止時間に関する車両１０の運転形式を算出する。この場合、第１の学習機能９０は、コントロールユニット８０内の内部タイマ、またはネットワーク化されたデータ交換９２を用いて、このデータ交換９２を介して、車両１０の外部のデータ、例えばナビゲーションシステムまたはクラウドからのデータが、第１の学習機能９０に伝送され、車両１０の運転形式の算出に送られる。相応のデータは、局所的にＥＥＰＲＯＭまたはネットワーク化された車両において、外部例えばクラウドに記憶されていてよい。第１の学習機能９０は、車両１０が非常に頻繁に短時間、例えば数分範囲で停止し、次いで再び発進するかどうかを算出する。これは、配達車両、タクシー運転等に一般的な運転形式である。以下では、頻繁な短時間停止の特徴を示すこの運転形式は、運転形式「配達モード」９４と呼ばれる。第１の学習機能９０は、車両１０の運転形式を、より短い時間間隔で、例えば数時間または数日でも、およびより長い時間間隔、例えば数週間および数か月にわたっても評価できる。

次いで、第１の学習機能９０内で算出されたデータは、相応のアクションを、燃料電池システム２２内若しくはサブシステム３０空気供給内で、または追加的な消費器においてアダプションするために、および特に少なくとも１つの代替的なエネルギアキュムレータ２６の充電状態（ＳＯＣ）に適合させるために、使用され得る。車両１０が、図２に示した図に応じて、車両状態「オン」８８（アイドリング）を占めると、第２のモジュール８４内で別の第２の学習機能１１２が使用される。別の第２の学習機能１１２は、実際の走行サイクル中の車両１０の運転形式を算出する。別の第２の学習機能１１２内での評価は、１つの走行サイクルの評価も、また複数の走行サイクルの評価も含む。車両１０の発生したアイドリングストップ段階が算出されるが、この場合、車両１０は停止されない。その結果、例えば市街地走行中に車両１０がどのくらい長く頻繁なアイドリングストップ段階にあるか、またはこれが車両１０の運転時にむしろ稀に発生するかどうかの情報が得られる。

別の第２の学習機能１１２の枠内で算出されたデータも、燃料電池システム２２内のアクションをサブシステム３０空気供給内で、場合によっては代替的なエネルギアキュムレータ２６にも関して導入するために、利用される。

車両１０が停止されている、車両状態「オフ」（ポジション８６参照）から出発して、第１の学習機能９０は、場合によっては、ネットワーク化されたデータ交換９２を参照して、外部のデータを車両１０の運転形式の算出に関して考慮するために作動される。「配達モード」９４が存在しないとの算出が得られると、車両１０の燃料電池システム２２のための標準停止ルーチン９８の呼び出しが行われる。

これに対して、車両１０の運転形式の算出の枠内で、第１の学習機能９０において「配達モード」９４の存在が検知されると、複数のオプションが存在する。

第１のアクションとして、燃料電池システム２２の運転停止が遅れて行われる。これは、車両１０の停止後に所定の時間間隔だけ遅延して行われる。燃料電池システム２２、サブシステム３０空気供給も、アイドリングでさらに駆動され、この場合、電気的なアイドリング出力を発生する。燃料電池システム２２の遅延延長１００から充電状態問い合わせ１０４に分岐され、この充電状態問い合わせ１０４内で、少なくとも１つの代替的なエネルギアキュムレータ２６の充電状態（ＳＯＣ）が問い合わせられる。ＳＯＣの最大値が得られない限り、燃料電池システム２２の遅延中に生ぜしめられる電気的なアイドリング出力は、代替的なエネルギアキュムレータ２６が満たされるかまたはほぼ満たされるまで、代替的なエネルギアキュムレータ２６内に供給される。次いで初めて、可能であれば補助消費器１１０のスイッチオンが行われるか、または、燃料電池システム２２のアイドリング中に生ぜしめられた電気的なアイドリング出力が低下されない場合、”Ｂｌｅｅｄ−Ｄｏｗｎ−Ａｋｔｉｏｎ「ブリードダウンアクション」”１０８が行われ、このブリードダウンアクション１０８内で、サブシステム３０空気供給が遮断され、残留した酸素が燃料電池スタック５０の陰極側で消費される。

第１の学習機能９０の枠内で、車両１０の車両状態の運転形式に関して、運転形式「配達モード」９４の存在が検知されると、第２のアクションが開始され、それによってサブシステム３０空気供給の遅延延長１０２が開始される。サブシステム３０空気供給は、ここでは最小回転数を有する最小出力でさらに運転される。最小回転数は好適には、使用されたガス軸受のための限界回転数をぎりぎり越えている。使用されたガス軸受の限界回転数は、このガス軸受内の空気静力学的な圧力クッションの構成によって決定され、この限界回転数を下回ると軸はもはや無接触でセンタリングされ得ない、つまり絶対に避けなければならない固体接触が発生する。サブシステム３０空気供給の遅延において、図１に示した圧力制御フラップ３４も完全に開放されるので、非常に低い圧力でしかも最小負荷で空気供給が得られ、さらに、空気質量流量を完全に燃料電池スタック５０に沿ってガイドするために、バイパスフラップ３２（図１参照）が完全に開放される。従って、サブシステム３０空気供給は、例えば代替的なエネルギアキュムレータ２６から得られる最小の損失電力で、しばらくの間、特に数分範囲でさらに運転され、これによって同様に遅延が延長される。最小負荷時、つまり遅延中に存在するアイドリング時に、燃料電池システム２２の構成要素またはサブシステム３０空気供給の構成要素の騒音発生も最小化されている。

これに関連して、流入側で燃料電池スタック５０の前に配置された遮断弁３６の開放圧力は、この開放圧力がサブシステム３０空気供給の最小空気圧縮によって生ぜしめられる最小圧力をやや上回るように設計されることが重要であることを指摘しておく。いずれの場合も、この運転状態で空気がそれ以上燃料電池スタック５０内に達することがないように保証する必要がある。

燃料電池スタック５０を取り囲むエアクッション内にバイパスが存在しないシステムのためには、空気流はアイドリング運転中に燃料電池スタック５０を通ってガイドされなければならない。これは、最適ではないが、水マネジメント、再始動およびその他の条件に関連した所定の限界内で考慮する必要がある。バイパスの存在は、アイドリングストップ過程を減少させるための本発明に従って提案された方法を実行するために有利であるが、提案された学習方法のための必要不可欠な前提条件ではない。

車両状態「オン」［ポジション８８（アイドリング）参照］から出発して、別の第２の学習機能１１２で、少なくとも１つの走行サイクルまたは複数のサイクル中の車両１０の運転形式が、発生したアイドリングストップ段階に関連して算出されるが、この場合、車両１０は停止されない。別の第２の学習機能１１２の枠内で、ストップ段階算出１１４が実施される。第１の学習機能９０と同様に、別の第２の学習機能１１２は、ネットワーク化されたデータ交換９２も介して、ナビゲーションシステムまたは例えばクラウドからのデータを走行中の車両１０の運転形式の算出時に考慮することができる。ストップ段階算出１１４の枠内で頻繁にストップ段階が発生すると、例えば少なくとも１つの代替的なエネルギアキュムレータ２６の充電状態ＳＯＣのための範囲の適合が実施されることは明らかである。少なくとも１つの代替的なエネルギアキュムレータ２６のための充電状態範囲は、走行距離内でやや低下され、これによって、一時的な停止段階のための運転が、つまり燃料電池システム２２の遅延が延長され得る。

車両状態８８内で頻繁にストップ段階が発生すると、燃料電池システム２２はストップ段階発生時に、まずさらに、最小の負荷またはアイドリングで作動する。燃料電池システム２２のアイドリングの枠内で発生された電気的なアイドリング出力は、エネルギアキュムレータ２６の充電状態（ＳＯＣ）がまだ最大値に達していない限り、可能であれば、少なくとも１つの代替的なエネルギアキュムレータ２６内に供給される。これに対して、少なくとも１つの代替的なエネルギアキュムレータ２６の充電状態ＳＯＣが最大値に達すると、ブリードダウンアクション１０８、つまり燃料電池システム２２の空気供給の遮断が行われ、陰極内に残存する酸素は散逸される。選択的に、燃料電池システム２２の遅延１０６時に、車両１０のストップ段階において生ぜしめられた電気的なアイドリング出力を低下させるために、ここでは補助消費器１１０をスイッチオンに切換える可能性もある。

サブシステム３０空気供給の遅延１０６が、上述したように第２の操作位置を成しているのに対して、第３の操作位置は、補助消費器１１０をスイッチオンすることである。これは、例えば、操作位置１の枠内で代替的なエネルギアキュムレータ２６の充電状態ＳＯＣがその最大値に達したときに、エネルギアキュムレータ２６が完全にまたはほぼ完全に充電された場合である。次いで、有利な形式で使用され得る限り、補助消費器１１０のスイッチオンを行う可能性が存在する。例えば、可能な補助消費器１１０のスイッチオンの枠内で、通常の１２ボルト車両バッテリ２８の充電を行うことができ、さらに妥当化機能およびテスト機能のためのアクチュエータ制御を実施することができる。この第３のアクション、補助消費器１１０のスイッチオンによって、燃料電池システム２２の遅延段階がさらに延長され得る。

別の操作位置は、バイパスを介したエアシステムのアイドリング運転であるか、または、バイパスなしの燃料電池システム２２のトポロジーにおいてどのバイパスも存在すべきでない場合、燃料電池スタック５０によるエアシステムのアイドリング運転である。

ネットワーク化されたデータ交換９２の枠内で、前記２つの学習機能９０または１１２で、ナビゲーションシステムのナビゲーションデータまたはネットワーク化された車両のナビゲーションデータ（車両対車両、車両対インフラストラクチャー）が相応に詳細に説明され、かつさらに最適化され得る。例えば、所定のアイドリングストップ段階、例えば明確な渋滞状況は、既に先見的にアイドリングストップ過程を減少させるための運転方式に取り入れられる。同様に、ナビゲーションシステムのナビゲーションデータの枠内に存在する、設定された走行目標が考慮され得る。目標に到達すると、燃料電池システム２２またはサブシステム３０空気供給は完全に停止されてよい。これに対して、走行目標にまだ到達していない場合、燃料電池システム２２および／またはサブシステム３０空気供給の遅延段階はやや引き延ばされる。移動式の燃料電池システム２２および少なくとも１つの代替的なエネルギアキュムレータ２６を備えた車両１０のための運転方式の算出の際に、例えば周囲温度、空気湿度等の別の入力パラメータを考慮することができる。さらに、車両１０が「配達モード」９４で運転される場合のために、低い外気温度において燃料電池システム２２またはサブシステム３０のアイドリング中に発生したアイドリング出力の一部を、快適機能の枠内で車室空間を加熱するために使用できるということを指摘しておく。

これらの機能は選択的に、車両１０の外からでもサーバー上で実施することができ、相応のインターフェース車両対インフラストラクチャーを介して、アクチュエータ制御およびセンサ値だけが交換され得る。

本発明は、ここに記載した実施例および前記態様だけに限定されるものではない。むしろ、請求項に記載された範囲内で、当業者の取り扱いの範囲内にある多くの変化形が可能である。

１０ 車両
１２ ドライブトレイン
１４ 伝動装置
１６ 電気機械
１８ 車軸
２０ インバータ
２２ 燃料電池システム
２６ 代替的なエネルギアキュムレータ
２８ １２ボルト車両バッテリ
３０ サブシステム
３２ バイパスフラップ
３４ 圧力制御フラップ
３６ 遮断弁
４０ 質量流量センサ
４２ 圧縮器
４４ 圧縮器駆動装置
４６ 中間冷却器
５０ 燃料電池スタック
５２ 冷却循環路
５４ プラス極
５６ マイナス極
５８ 低電圧コンバータ
６２ 符号
６４ 燃料電池コンバータ
８０ コントロールユニット
８２ 第１のモジュール
８４ 第２のモジュール
８６ ポジション、車両状態「オフ」
８８ ポジション、車両状態「オン」
９０ 第１の学習機能
９２ ネットワーク化されたデータ交換
９４ 配達モード
９８ 標準停止ルーチン
１００ 遅延延長
１０２ 遅延延長
１０４ 充電状態問い合わせ
１０６ 遅延
１０８ ブリードダウンアクション
１１０ 追加的な消費器、補助消費器
１１２ 第２の学習機能
１１４ ストップ段階算出
ＳＯＣ 充電状態

Claims (18)

1. 車両（１０）内に配置された燃料電池システム（２２）および該燃料電池システム（２２）の少なくとも１つのサブシステム（３０）を運転するための方法であって、この場合、前記車両（１０）のドライブトレイン（１２）のためのエネルギを、前記燃料電池システム（２２）からも、また代替的なエネルギアキュムレータ（２６）からも引き出すことができる方法において、
   ａ）前記車両（１０）の停止段階および／またはストップ段階の回数および継続時間を、第１の車両状態（８６）または第２の車両状態（８８）で車両状態特有の学習機能（９０，１１２）を用いて、所定の時間間隔で算出する方法ステップと、
   ｂ）前記燃料電池システム（２２）の運転パラメータおよび前記燃料電池システム（２２）の少なくとも１つの前記サブシステム（３０）の運転パラメータを、前記車両（１０）の停止段階および／またはストップ段階の算出された回数および継続時間に依存して調節する方法ステップと、
   を有している、燃料電池システムを運転するための方法。
2. 前記方法ステップａ）およびｂ）に追加して、前記代替的なエネルギアキュムレータ（２６）の充電状態範囲（ＳＯＣ＝充電の状態）の適合（９６）を実施することを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記代替的なエネルギアキュムレータ（２６）の充電状態範囲の適合が、最小−最大−限界の適合を含み、かつ／または充電状態の開ループ制御／閉ループ制御の適合を含んでいることを特徴とする、請求項２記載の方法。
4. 前記第１の車両状態（８６）に割り当てられた第１の学習機能（９０）で、前記車両（１０）の運転形式を、再始動までの個別走行間の前記車両の（１０）の停止段階および／またはストップ段階に関して実施し、このために、コントロールユニット（８０）の内部タイマ、ネットワーク化されたデータ交換（９２）、局所的なＥＥＰＲＯＭでのデータ記憶、および前記運転形式の評価を、数時間および／または数日および／またはより長い期間にわたって実施することを特徴とする、請求項１記載の方法。
5. 前記第２の車両状態（８８）に割り当てられた第２の学習機能（１１２）で、発生したアイドリングストップ段階に関する、停止されていない車両（１０）における少なくとも１回の走行サイクル中の前記車両（１０）の運転形式を算出することを特徴とする、請求項１記載の方法。
6. 前記第１の学習機能（９０）および／または前記第２の学習機能（１１２）が前記車両（１０）の実際の走行ルートを考慮することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記第１の学習機能（９０）および／または前記第２の学習機能（１１２）が、周囲温度および別の運転パラメータ、例えば車載電源網の実際の消費、周囲空気の湿気、バッテリの劣化、燃料電池スタック（５０）の劣化、車両空調の状態を考慮することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 所定の時間間隔で算出された前記停止段階の回数が第１の閾値を上回り、前記停止段階の平均的な継続時間が第２の閾値を下回った場合のために、前記燃料電池システム（２２）の第１または第２の運転状態を設定することを特徴とする、請求項１記載の方法。
9. 前記燃料電池システム（２２）の前記第１の運転状態が、前記燃料電池システム（２２）の引き延ばされた遮断を含んでいて、この引き延ばされた遮断内で前記燃料電池システム（２２）がアイドリングで運転され、発生したエネルギが前記代替的なエネルギアキュムレータ（２６）内に蓄えられ、かつ／または追加的な消費器（１１０）に伝送されることを特徴とする、請求項８記載の方法。
10. 所定の時間間隔で算出された前記停止段階の回数が第３の閾値を上回り、前記停止段階の平均的な継続時間が第４の閾値を下回った場合のために、前記燃料電池システム（２２）の第２または第３の運転状態を設定することを特徴とする、請求項１記載の方法。
11. 前記燃料電池システム（２２）の前記第２の運転状態が、最小負荷および最小回転数における前記燃料電池システム（２２）の前記サブシステム（３０）空気供給の運転を含んでいることを特徴とする、請求項８または１０記載の方法。
12. 前記燃料電池システム（２２）の前記第２の運転状態が、開放されたバイパスフラップ（３２）による、前記燃料電池システム（２２）の前記燃料電池スタック（５０）に沿った空気質量流量のガイドを含むことを特徴とする、請求項１０または１１記載の方法。
13. 前記代替的なエネルギアキュムレータ（２６）のＳＯＣがその最大値に達した場合のために、前記燃料電池システム（２２）の第３の運転状態で追加的な消費器（１１０）のスイッチオンを行うことを特徴とする、請求項１０記載の方法。
14. コンピュータプログラムであって、該コンピュータプログラムがプログラミング可能なコンピュータ装置で実行されると、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法を実施する、コンピュータプログラム。
15. 車両（１０）内に配置された燃料電池システム（２２）を運転するためのシステムであって、前記車両（１０）のドライブトレイン（１２）のためのエネルギを、前記燃料電池システム（２２）から、または前記代替的なエネルギアキュムレータ（２６）から引き出すことができる形式のものにおいて、
    第１の学習機能（９０）を実行するための第１のモジュール（８２）と、第２の学習機能（１１２）を実行するための第２のモジュール（８４）とを有しており、前記第１および第２の学習機能で、再始動するまでの個別走行間の停止時間／休止時間に関する前記車両（１０）の運転形式、または発生したアイドリングストップ段階に関する１回の走行サイクル中の前記車両（１０）の運転形式が算出され、
    この場合、前記燃料電池システム（２２）が少なくとも１つのサブシステム（３０）空気供給を含んでいて、前記サブシステム（３０）空気供給で、該サブシステム（３０）空気供給の最小負荷時に発生する空気質量流量を燃料電池スタック（５０）に沿ってガイドするために、最小負荷下の非常に低い圧力による空気供給のために圧力制御フラップ（３４）およびバイパスフラップ（３２）が完全に開放されていることを特徴とする、燃料電池システム（２２）を運転するためのシステム。
16. 前記燃料電池スタック（５０）の前に遮断弁（３６）が配置されていて、該遮断弁（３６）の開放圧力が、前記サブシステム（３０）空気供給による最小の空気圧縮によって生ぜしめられる最小圧力をやや上回っていることを特徴とする、請求項１５記載の燃料電池システム（２２）を運転するためのシステム。
17. ナビゲーションシステムに接続されており、該ナビゲーションシステムを介して、所定の走行目標およびこの走行目標に対する残りの走行距離が確定されている、請求項１５および１６記載のシステム。
18. 請求項１５から１７までのいずれか１項記載のシステムを有する車両（１０）において、前記代替的なエネルギアキュムレータ（２６）が単数または複数の高電圧バッテリおよび／またはスーパーコンデンサを含んでいる、車両（１０）。

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