WO2019025490A1 - Verfahren zum betrieb eines brennstoffzellenfahrzeugs im leerlaufmodus - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines brennstoffzellenfahrzeugs im leerlaufmodus Download PDF

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Jürgen Thyroff
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the technology disclosed herein relates to a method of operating a motor vehicle in idle mode. Furthermore, the disclosed herein
  • a fuel cell system configured to perform the methods disclosed herein. Motor vehicles passing through
  • Motor vehicles also usually have a high-voltage battery.
  • the electrical power for the propulsion of the motor vehicle is usually provided by the fuel cell system and the high-voltage battery.
  • the fuel cell system is switched off to save energy. However, this has a negative effect on the
  • Fuel cell system can provide full power again. There is a need to give the driver as high a driving dynamics as possible with the lowest possible consumption.
  • the technology disclosed herein relates to a method of operating a motor vehicle.
  • the method comprises the steps:
  • the maximum dynamic demand or the dynamic limit is i) the maximum power dynamic, which is currently due to the
  • Traffic situation is possible or will be possible; and / or ii) the maximum power dynamics desired by the driver.
  • maximum dynamic requirement it is detected directly or indirectly which maximum power change rates can occur during operation due to the traffic situation and / or due to a driver's request.
  • the idle mode is the mode in which the
  • Fuel cell system the at least one electric drive motor provides no electrical energy for driving. It may be provided that in the second idle operating mode disclosed here Fuel cell system provided electrical energy is converted by appropriate control of the drive motor in reactive power. This can be useful to reduce the Leelaufschreiben, especially if the energy storage device has exceeded an upper state of charge limit. Likewise, it may be provided in the second idling mode that other auxiliary consumers do not consume storable energy in the energy storage device so as to reduce the open-circuit voltages.
  • a lower maximum dynamic is required for a first maximum dynamic demand than for a maximum second dynamic demand.
  • the fuel cell system is operated in the first idle mode in the first dynamic request. Further, the fuel cell system at the second
  • the fuel cell system is operated more efficiently in the first idle mode of operation than in the second idle mode of operation.
  • the detection of the maximum dynamic request may include the step of detecting the traffic situation.
  • the method may further comprise the step of: the dynamic request to be detected being a future dynamic request.
  • the traffic situation to be detected may be a future traffic situation.
  • future future maximum dynamic demands can also be predicted, for example by determining a future traffic situation and using this the future maximum dynamic demand is predicted.
  • the environment detection system advantageously comprises one or more of the following components: ultrasound sensor, radar sensor, lidar device, and / or camera device. Likewise, however, any other system which is set up to detect the environment of the motor vehicle can also be used. Likewise, however, any other system which is set up to detect the environment of the motor vehicle can also be used.
  • Dynamic request and / or the traffic situation are detected on the basis of at least one piece of information, wherein the information is provided by at least one vehicle-external computing unit.
  • transmitted data can be provided for example by an external with respect to the motor vehicle computing unit, which evaluates the position of the motor vehicle and other objects and sets in relation to each other. This can be done for example by a traffic control system and / or by car-to-car communication.
  • the method disclosed herein may include the step of limiting the maximum dynamic demand by a driver input.
  • the driver input can be done for example via the preselection of a driving mode or operating mode.
  • One chosen by a driver of the vehicle Operation mode may be selected from a plurality of operation modes.
  • the plurality of operating modes may be e.g. a first mode (e.g., an Eco or Comfort mode) directed to a comfortable and / or energy-efficient driving behavior of the vehicle.
  • a first mode e.g., an Eco or Comfort mode
  • the driver accepts or desires vehicle dynamics that may be limited to the second maximum dynamic demand in the idle mode of operation.
  • the at least one electrical load of the fuel cell system is switched off or is.
  • the at least one electrical load may be the oxidant conveyor, the coolant pump and / or the fuel recirculation conveyor.
  • the plurality of operating modes may include a second mode (e.g., a sport mode) that is directed to dynamic drivability of the vehicle.
  • a sport mode e.g., a sport mode
  • the driver desires vehicle dynamics that may be limited to the second maximum dynamic demand in the idle mode of operation. Thus, therefore, higher dynamic requirements must be met.
  • Fuel cell system are specially designed to ensure that it can restart very quickly.
  • the fuel cell system are specially designed to ensure that it can restart very quickly.
  • Oxidant conveyor is operated at higher idle speeds than in the first operating mode.
  • the preselection of a driving mode or operating mode can be set, for example, via a (driving experience) switch and / or via a menu of a menu-guided user interface of the vehicle by an occupant of the vehicle.
  • Fuel cell system are operated more efficiently
  • Oxidizer conveyors are operated at a lower speed
  • Fuel cell system are switched off in the first idle mode and thus consume no electrical energy.
  • Fuel cell system increases without it becoming a
  • Deterioration of the driver perceived driving dynamics comes, because the traffic situation only allows a driving dynamics, which can be provided in the first idle mode of operation. Likewise, the second idle operating mode allows a dynamic driving style.
  • the technology disclosed herein may further include the step of detecting the state of charge of the at least one energy storage device.
  • the fuel cell system may include the energy storage device supply electrical energy if the state of charge or SoC is below a lower state of charge limit.
  • the technology disclosed herein relates to a fuel cell system having at least one fuel cell.
  • the fuel cell system is
  • a fuel cell system is intended, for example, for mobile applications such as motor vehicles (for example passenger cars, motorcycles, utility vehicles), in particular for providing the energy for at least one drive machine for locomotion of the motor vehicle.
  • a fuel cell is an electrochemical energy converter that converts fuel and oxidant into reaction products, producing electricity and heat.
  • the fuel cell includes an anode and a cathode separated by an ion-selective or ion-permeable separator.
  • the anode is supplied with fuel.
  • Preferred fuels are: hydrogen, low molecular weight alcohol, biofuels, or liquefied natural gas.
  • the cathode is supplied with oxidant.
  • Preferred oxidizing agents are, for example, air, oxygen and peroxides.
  • the ion-selective separator can be designed, for example, as a proton exchange membrane (PEM). As a rule, several fuel cells are combined to form a fuel cell stack or stack.
  • PEM proton exchange membrane
  • the fuel cell system includes an anode subsystem formed by the fuel-bearing components of the fuel cell system.
  • the main task of the Anodensubsystems is the introduction and distribution of fuel to the electrochemically active surfaces of the anode compartment and the removal of anode exhaust gas.
  • the fuel cell system includes a cathode subsystem.
  • the cathode subsystem is made of the oxidant leading
  • a cathode subsystem may comprise at least one oxidant promoter, at least one cathode inlet path leading to the cathode inlet, at least one cathode exhaust path leading away from the cathode outlet, a cathode space in the
  • Fuel cell stack and have other elements.
  • the main task of the cathode subsystem is the introduction and distribution of
  • the fuel cell system disclosed herein comprises at least one cooling circuit configured to charge the fuel cell stack of the
  • the cooling circuit expediently comprises at least one heat exchanger, at least one
  • Coolant conveyor and at least one fuel cell are provided.
  • the system disclosed herein comprises at least one
  • the Oxidant conveyor is configured to promote the oxidant involved in the electrochemical reaction to the at least one fuel cell.
  • the oxidizing agent promoter also serves as a promoter for promoting the oxidant involved in the electrochemical reaction to the at least one fuel cell.
  • Fluid conveyor for example, as a compressor or Be configured compressor, particularly preferably as luftgelagerter
  • Turbocompressor turbo compressor, or centrifugal compressor.
  • the anode subsystem comprises i.d.R. at least one fuel recirculation conveyor for conveying fuel into the
  • the recirculation conveyor is suitably arranged in the recirculation flow path.
  • the recirculation conveyor is not formed by a jet pump.
  • An energy storage device is a device for storing electrical energy.
  • the energy storage device may be a high-voltage storage.
  • the energy storage device can be designed as a battery, in particular as a high-voltage battery.
  • supercapacitors in short supercaps or SC may also serve as energy storage devices.
  • the at least one electric drive motor may be an electric motor, which contributes to the propulsion of the motor vehicle.
  • the electric motor which contributes to the propulsion of the motor vehicle.
  • Drive motor an electric motor that can regenerate energy by recuperation energy storage device.
  • the motor vehicle disclosed herein may comprise a plurality of electric drive motors.
  • at least one drive motor comprising in the technology disclosed here are embodiments with “a drive motor” or with “multiple drive motors”
  • the system disclosed herein further includes at least one controller.
  • the control unit is, inter alia, set up to carry out the method steps disclosed here.
  • the controller based on provided signals, the actuators of the system at least partially and preferred fully closed loop control or open loop control.
  • the technology disclosed herein relates to a method in which, depending on the detected traffic situation assessment different
  • Idle modes are provided, wherein the efficiency of the idle mode is optimized depending on the required start-up time. In one embodiment, a distinction is made between two idle modes:
  • This signal is formed from one or the combination of the following information sources or sensors:
  • the ancillaries e.g. the compressor, but also coolant pumps, the recirculation pump, etc. are completely turned off.
  • the energy efficiency of the idle is optimized depending on the detected maximum possible dynamic demand, without the driver's limitations are noticeable. Further refinement in more stages is conceivable - depending on start-up time requirement and feasible energy savings.
  • the power consumption at idle can be reduced.
  • stack degradation can be reduced by high stack voltages.
  • step S100 the maximum dynamic request is detected.
  • step S300 the maximum dynamic request is detected.
  • Idle mode of operation of the fuel cell system of the motor vehicle based on the maximum dynamic demand adapted.

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Abstract

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges. Das Verfahren umfasst die Schritte: i) Erfassen einer maximalen Dynamikanforderung; und ii) Anpassen vom Leerlaufbetriebsmodus eines Brennstoffzellensystems des Kraftfahrzeugs basierend auf der maximalen Dynamikanforderung. Bei der ersten maximalen Dynamikanforderung wird eine geringere Dynamik gefordert wird als bei der maximalen zweiten Dynamikanforderung. Das Brennstoffzellensystem wird bei der ersten maximalen Dynamikanforderung in einem ersten Leerlaufbetriebsmodus betrieben. Ferner wird das Brennstoffzellensystem bei der zweiten maximalen Dynamikanforderung in einem zweitem Leerlaufbetriebsmodus betrieben. Das Brennstoffzellensystem wird im ersten Leerlaufbetriebsmodus effizienter betrieben als im zweiten Leerlaufbetriebsmodus.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellenfahrzeugs im
Leerlaufmodus
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs im Leerlaufmodus. Ferner betrifft die hier offenbarte
Technologie ein Brennstoffzellensystem, das eingerichtet ist, die hier offenbarten Verfahren durchzuführen. Kraftfahrzeuge, die durch
Brennstoffzellen betrieben werden, sind als solche bekannt. Es ist bekannt, dass hohe elektrische Spannungen die Lebensdauer von Brennstoffzellen verringern. Deshalb ist eine gewisse minimal abgenommenen Leistung auch bei Nichtleistungsbedarf (="Leerlauf") erwünscht. Vorbekannte
Kraftfahrzeuge weisen überdies in der Regel eine Hochvoltbatterie auf. Die elektrische Leistung für den Vortrieb des Kraftfahrzeugs wird in der Regel vom Brennstoffzellensystem und von der Hochvoltbatterie bereitgestellt. Dabei gibt es Situationen, in denen das Brennstoffzellensystem abgeschaltet wird, um Energie zu sparen. Dies wirkt sich jedoch negativ auf die
Fahrdynamik aus, da eine gewisse Anlaufzeit vergeht, ehe das
Brennstoffzellensystem wieder die volle Leistung bereitstellen kann. Es besteht ein Bedarf, dem Fahrer eine möglichst hohe Fahrdynamik bei möglichst geringem Verbrauch zur möglichen.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie,
zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, gleichzeitig den Verbrauch gering zu halten und zudem eine gute (bevorzugt maximale) Fahrdynamik bereitzustellen. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 . Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- direktes oder indirektes Erfassen einer maximalen Dynamikanforderung bzw. einer Dynamikbegrenzung; und
- Anpassen vom Leerlaufbetriebsmodus eines Brennstoffzellensystems des Kraftfahrzeugs basierend auf der Dynamikanforderung.
Die maximale Dynamikanforderung bzw. die Dynamikbegrenzung ist dabei i) die maximale Leistungsdynamik, die derzeit aufgrund der
Verkehrssituation möglich ist bzw. möglich sein wird; und/oder ii) die maximale Leistungsdynamik, die vom Fahrer erwünscht wird.
Mit anderen Worten wird direkt oder indirekt erfasst, welche maximalen Leistungsänderungsraten im Betrieb aufgrund der Verkehrssituation und/oder aufgrund eines Fahrerwunsches auftreten können. Nachstehend wird vereinfachend der Begriff „maximale Dynamikanforderung" oder
„Dynamikanforderung" verwendet.
Der Leerlaufbetriebsmodus ist der Modus, in dem das
Brennstoffzellensystem dem mindestens einen elektrischen Antriebsmotor keine elektrische Energie zum Fahrbetrieb bereitstellt. Es kann vorgesehen sein, dass im hier offenbarten zweiten Leerlaufbetriebsmodus vom Brennstoffzellensystem bereitgestellte elektrische Energie durch geeignete Ansteuerung des Antriebsmotors in Blindleistung umgewandelt wird. Dies kann sinnvoll sein, um die Leelaufspannungen zu verringern, insbesondere falls die Energiespeichereinrichtung einen oberen Ladezustandsgrenzwert überschritten hat. Ebenso kann im zweiten Leerlaufmodus vorgesehen sein, dass andere Nebenverbraucher nicht in der Energiespeichereinrichtung speicherbare Energie verbrauchen, um so die Leerlaufspannungen zu verringern.
Gemäß der hier offenbarten Technologie wird bei einer ersten maximalen Dynamikanforderung eine geringere Dynamik gefordert als bei einer maximalen zweiten Dynamikanforderung. Das Brennstoffzellensystem wird bei der ersten Dynamikanforderung in einem ersten Leerlaufbetriebsmodus betrieben. Ferner wird das Brennstoffzellensystem bei der zweiten
Dynamikanforderung in einem zweitem Leerlaufbetriebsmodus betrieben. Gemäß der hier offenbarten Technologie wird das Brennstoffzellensystem im ersten Leerlaufbetriebsmodus effizienter betrieben als im zweiten Leerlaufbetriebsmodus.
Das Erfassen der maximalen Dynamikanforderung kann den Schritt umfassen, wonach die Verkehrssituation erfasst wird.
Das Verfahren kann ferner den Schritt umfassen, wonach die zu erfassende Dynamikanforderung eine zukünftige Dynamikanforderung ist. Insbesondere kann die zu erfassende Verkehrssituation eine zukünftige Verkehrssituation sein. Mit anderen Worten können gemäß der hier offenbarten Technologie nicht nur reale Ist-Werte erfasst werden, sondern es können alternativ oder zusätzlich auch zukünftige maximale Dynamikanforderungen prognostiziert werden, beispielsweise indem eine zukünftige Verkehrssituation bestimmt wird und anhand dieser die zukünftige maximale Dynamikanforderung prognostiziert wird.
Besonders bevorzugt kann die Verkehrssituation durch das
Umfelderkennungssystem des Kraftfahrzeugs erfasst werden. Das
Umfelderkennungssystem umfasst dabei vorteilhaft eine oder mehrere der folgenden Komponenten: Ultraschallsensor, Radarsensor, Lidar-Vorrichtung, und/oder Kamera- Vorrichtung. Ebenso kann aber auch jedes andere System eingesetzt werden, welches eingerichtet ist, dass Umfeld des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Ebenso kann aber auch jedes andere System eingesetzt werden, welches eingerichtet ist, dass Umfeld des Kraftfahrzeugs zu erfassen.
Gemäß der hier offenbarten Technologie kann die maximale
Dynamikanforderung und/oder die Verkehrssituation erfasst werden anhand von mindestens einer Information, wobei die Information bereitgestellt wird von mindestens einer fahrzeugexternen Recheneinheit. Drahtlos
übermittelte Daten können beispielsweise von einer mit Bezug auf das Kraftfahrzeug externen Recheneinheit bereitgestellt werden, die die Position vom Kraftfahrzeug und anderen Objekten auswertet und zueinander in Relation setzt. Dies kann beispielsweise durch ein Verkehrsleitsystem geschehen und/oder durch Car-to-car Kommunikation.
Das hier offenbarte Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach die maximale Dynamikanforderung durch eine Fahrereingabe begrenzt wird. Die Fahrereingabe kann beispielsweise über die Vorwahl eines Fahrmodus bzw. Betriebsmodus erfolgen. Ein von einem Fahrer des Fahrzeugs gewählter Betriebs- bzw. Fahrmodus kann aus einer Mehrzahl von Betriebs- bzw. Fahrmodi ausgewählt werden.
Die Mehrzahl von Betriebsmodi kann z.B. einen ersten Modus (z.B. einen Eco- oder Komfort-Modus) umfassen, der auf ein komfortables und/oder energieeffizientes Fahrverhalten des Fahrzeugs gerichtet ist. In einem solchen Modus akzeptiert oder wünscht der Fahrer eine Fahrdynamik, die auf die zweite maximale Dynamikanforderung im Leerlaufbetriebsmodus begrenzt sein kann.
Im ersten Leerlaufmodus kann vorgesehen sein, dass mindestens ein elektrischer Verbraucher des Brennstoffzellensystems abgeschaltet wird bzw. ist. Beispielsweise kann der mindestens eine elektrische Verbraucher der Oxidationsmittelförderer, die Kühlmittelpumpe und/oder der Brennstoff- Rezirkulationsförderer sein.
Des Weiteren kann die Mehrzahl von Betriebsmodi einen zweiten Modus (z.B. einen Sport-Modus) umfassen, der auf ein dynamisches Fahrverhalten des Fahrzeugs gerichtet ist. In einem solchen zweiten Modus wünscht der Fahrer eine Fahrdynamik, die auf die zweite maximale Dynamikanforderung im Leerlaufbetriebsmodus begrenzt sein kann. Mithin müssen also höhere Dynamikanforderungen erfüllt werden.
Im zweiten Leerlaufbetriebsmodus kann der Betrieb des
Brennstoffzellensystems speziell darauf abgestellt werden, dass es besonders schnell wieder anfahren kann. Beispielsweise kann der
Oxidationsmittelförderer bei höheren Leerlaufdrehzahlen betrieben wird als im ersten Betriebsmodus. Bevorzugt kann dann in einem kathodenseitigen Bypass zum Brennstoffzellenstapel mehr Oxidationsmittel am Brennstoffzellenstapel vorbeigeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass das Brennstoffzellensystem besonders schnell wieder anfahren kann.
Die Vorwahl eines Fahrmodus bzw. Betriebsmodus kann beispielsweise erfolgen über einen (Fahrerlebnis-) Schalter und/oder über ein Menu einer Menu-geführten Benutzerschnittstelle des Fahrzeugs durch einen Insassen des Fahrzeugs eingestellt werden.
Insbesondere kann im ersten Leerlaufbetriebsmodus das
Brennstoffzellensystem effizienter betrieben werden,
i) indem das Brennstoffzellensystem in einem effizienteren
Betriebspunkt betrieben wird (z.B. kann der
Oxidationsmittelförderer einer geringeren Drehzahl betrieben werden); und/oder
ii) indem mindestens ein Nebenverbraucher des
Brennstoffzellensystems im ersten Leerlaufbetriebsmodus abgeschaltet sind und somit keine elektrische Energie verbrauchen.
Mit der hier offenbarten Technologie wird die Effizienz vom
Brennstoffzellensystem erhöht, ohne dass es dabei zu einer
Verschlechterung der vom Fahrer wahrgenommenen Fahrdynamik kommt, denn die Verkehrssituation lässt lediglich eine Fahrdynamik zu, die auch im ersten Leerlaufbetriebsmodus bereitgestellt werden kann. Gleichsam ermöglicht der zweite Leerlaufbetriebsmodus eine dynamische Fahrweise.
Die hier offenbarte Technologie kann ferner den Schritt umfassen, wonach der Ladezustand der mindestens einen Energiespeichereinrichtung erfasst wird. Das Brennstoffzellensystem kann die Energiespeichereinrichtung mit elektrischer Energie versorgen, falls der Ladezustand (engl. State of Charge oder SoC) unterhalb von einem unteren Ladezustandsgrenzwert liegt.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle. Das Brennstoffzellensystem ist
eingerichtet, die hier offenbarten Verfahren durchzuführen. Das
Brennstoffzellensystem ist beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge (z.B. Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge) gedacht, insbesondere zur Bereitstellung der Energie für mindestens eine Antriebsmaschine zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. In ihrer einfachsten Form ist eine Brennstoffzelle ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff und Oxidationsmittel in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme produziert. Die Brennstoffzelle umfasst eine Anode und eine Kathode, die durch einen ionenselektiven bzw. ionenpermeablen Separator getrennt sind. Die Anode wird mit Brennstoff versorgt. Bevorzugte Brennstoffe sind: Wasserstoff, niedrigmolekularer Alkohol, Biokraftstoffe, oder verflüssigtes Erdgas. Die Kathode wird mit Oxidationsmittel versorgt. Bevorzugte Oxidationsmittel sind bspw. Luft, Sauerstoff und Peroxide. Der ionenselektive Separator kann bspw. als Protonenaustauschmembran (proton exchange membrane, PEM) ausgebildet sein. In der Regel sind mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel bzw. Stack zusammengefasst.
Das Brennstoffzellensystem umfasst ein Anodensubsystem, das von den brennstoffführenden Bauelementen des Brennstoffzellensystems ausgebildet wird. Ein Anodensubsystem kann mindestens einen Druckbehälter, mindestens ein Tankabsperrventil (=TAV), mindestens einen Druckminderer, mindestens einen zum Anodeneinlass des Brennstoffzellenstapels führenden Anodenzuströmungspfad, einen Anodenraum im Brennstoffzellenstapel, mindestens einen vom Anodenauslass des Brennstoffzellenstapels wegführenden Rezirkulationsströmungspfad, mindestens einen
Wasserabscheider (= AWS), mindestens ein Anodenspülventil (= APV), mindestens einen aktiven oder passiven Brennstoff-Rezirkulationsförderer (= ARE bzw ARB) sowie weitere Elemente aufweisen. Hauptaufgabe des Anodensubsystems ist die Heranführung und Verteilung von Brennstoff an die elektrochemisch aktiven Flächen des Anodenraums und die Abfuhr von Anodenabgas. Das Brennstoffzellensystem umfasst ein Kathodensubsystem. Das Kathodensubsystem wird aus den oxidationsmittelführenden
Bauelementen gebildet. Ein Kathodensubsystem kann mindestens einen Oxidationsmittelförderer, mindestens einen zum Kathodeneinlass führenden Kathodenzuströmungspfad, mindestens eine vom Kathodenauslass wegführende Kathodenabgaspfad, einen Kathodenraum im
Brennstoffzellenstapel, sowie weitere Elemente aufweisen. Hauptaufgabe des Kathodensubsystems ist die Heranführung und Verteilung von
Oxidationsmittel an die elektrochemisch aktiven Flächen des Kathodenraums und die Abfuhr von unverbrauchtem Oxidationsmittel.
Das hier offenbarte Brennstoffzellensystem umfasst mindestens einen Kühlkreislauf, der eingerichtet ist, den Brennstoffzellenstapel des
Brennstoffzellensystems zu temperieren. Der Kühlkreislauf umfasst zweckmäßig mindestens einen Wärmetauscher, mindestens einen
Kühlmittelförderer und mindestens eine Brennstoffzelle.
Das hier offenbarte System umfasst mindestens einen
Oxidationsmittelförderer. Der Oxidationsmittelförderer ist eingerichtet, das an der elektrochemischen Reaktion beteiligte Oxidationsmittel zur mindestens einen Brennstoffzelle zu fördern. Der Oxidationsmittelförderer (auch
Fluidfördereinrichtung genannt) kann beispielsweise als Kompressor bzw. Verdichter ausgebildet sein, besonders bevorzugt als luftgelagerter
Turbokompressor, Turboverdichter, bzw. Kreiselverdichter.
Das Anoden-Subsystem umfasst i.d.R. mindestens einen Brennstoff- Rezirkulationsförderer zur Förderung von Brennstoff in den
Anodenzuströmungspfad. Der Rezirkulationsförderer ist zweckmäßig im Rezirkulationsströmungspfad angeordnet. Der Rezirkulationsförderer wird insbesondere nicht von einer Strahlpumpe ausgebildet.
Eine Energiespeichereinrichtung ist eine Einrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie. Beispielsweise kann die Energiespeichereinrichtung ein Hochvoltspeicher sein. Zweckmäßig kann die Energiespeichereinrichtung als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können auch Superkondensatoren (engl. Supercapacitors, kurz Supercaps oder SC) als Energiespeichereinrichtung dienen.
Der mindestens eine elektrische Antriebsmotor kann ein Elektromotor sein, der zum Vortrieb des Kraftfahrzeuges beiträgt. Bevorzugt ist der
Antriebsmotor ein Elektromotor, der durch Rekuperation elektrische Energie zur Energiespeichereinrichtung rückspeisen kann. Ebenso kann das hier offenbarte Kraftfahrzeug mehrere elektrische Antriebsmotoren umfassen. Mit dem Begriff „mindestens ein Antriebsmotor" mit umfasst seien bei der hier offenbarten Technologie Ausführungen mit„einem Antriebsmotor" oder mit „mehreren Antriebsmotoren"
Das hier offenbarte System umfasst ferner mindestens ein Steuergerät. Das Steuergerät ist u.a. eingerichtet, die hier offenbarten Verfahrensschritte durchzuführen. Hierzu kann das Steuergerät basierend auf bereitgestellten Signalen die Aktuatoren des Systems zumindest teilweise und bevorzugt vollständig regeln (engl, closed loop control) oder steuern (engl, open loop control).
Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie ein Verfahren, bei dem je nach erkannter Verkehrslageeinschätzung unterschiedliche
Leerlaufmodi vorgesehen sind, wobei je nach benötigter Aufstartzeit die Effizienz des Leerlaufmodus optimiert wird. In der einen Ausführung wird zwischen zwei Leerlauf modi unterschieden:
a) Die Steuerung generiert ein erstes Signal, dass indikativ ist für „hohe Leistungsdynamik nicht möglich oder nicht erwünscht" (=erster
Leerlaufbetriebsmodus).
Dieses Signal wird gebildet aus einer oder der Kombination folgender Informationsquellen bzw. Sensoren:
- Verkehrslageeinschätzung per Kamera (Stau, rote Ampel,
geschlossener Bahnübergang, Fahrzeugbetrieb auf einer Fähre, Eisenbahnverladung, Tiefgarage usw.);
- Abstandssensoren;
- Abstandsradar;
- aktuelle Fahrzeugposition über GPS-Daten und/oder in Verbindung mit Verkehrsstörungsmeldungen;
- Fahrerwunsch per Knopfdruck;
- aktuelle Fahrgeschwindigkeit; und/oder
- Fahrbahnzustand (niedrige Reibwerte aufgrund von Vereisung, etc.);
- Bei niedrigem Füllstand des Druckbehälters (Reserve)
- etc.
Wenn das erste Signal unter a) logisch wahr ist (Bedingung„hohe
Leistungsdynamik nicht möglich oder nicht erwünscht" ist erfüllt), dann wird ein„Leerlaufmodus mit maximaler Energieeffizienz" auf Kosten von Aufstartzeit/ -dynamik ausgewählt/erlaubt. Falls das erste Signal unter y) logisch falsch ist (Bedingung„hohe Leistungsdynamik nicht möglich oder nicht erwünscht" ist nicht erfüllt), dann ist nur ein herkömmlicher Leerlauf zugelassen.
Wird der„Leerlaufmodus mit maximaler Energieeffizienz" (=erster
Leerlaufbetriebsmodus) ausgelöst, können die Nebenaggregate wie z.B. der Kompressor, aber auch Kühlmittelpumpen, die Rezirkulationspumpe, etc. komplett abgestellt werden. Damit wird die Energieeffizienz des Leerlaufs in Abhängigkeit der erkannten maximal möglichen Dynamikanforderung optimiert, ohne dass vom Fahrer Einschränkungen spürbar sind. Eine weitere Verfeinerung in mehr Stufen ist denkbar - je nach Aufstartzeitanforderung und realisierbarer Energieeinsparung.
Mit der hier offenbarten Technologie lässt sich der Energieverbrauch im Leerlauf reduzieren. Überdies lässt sich die Stackdegradation durch hohe Stackspannungen verringern. Ferner vorteilhaft lassen sich die
Geräuschemissionen bei geringer Geschwindigkeit in Abhängigkeit von erkannten Verkehrssituation verringern. Je nach Gesamtantriebsauslegung und Fahrleistungsanforderung ist Verringerung der
Hochspannungsbatteriekapazität möglich, was zu geringen Produktkosten führen kann.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der schematischen Fig. 1 erläutert. Mit dem Schritt S100 beginnt das Verfahren. Im Schritt S200 wird die maximale Dynamikanforderung erfasst. Im Schritt S300 wird der
Leerlaufbetriebsmodus des Brennstoffzellensystems des Kraftfahrzeugs basierend auf der maximalen Dynamikanforderung angepasst. Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges, umfassend die Schritte:
- Erfassen einer maximalen Dynamikanforderung; und
- Anpassen vom Leerlaufbetriebsmodus eines
Brennstoffzellensystems des Kraftfahrzeugs basierend auf der maximalen Dynamikanforderung; wobei bei einer ersten maximalen Dynamikanforderung eine geringere Dynamik gefordert wird als bei einer maximalen zweiten
Dynamikanforderung ;
wobei das Brennstoffzellensystem bei der ersten maximalen
Dynamikanforderung in einem ersten Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird;
wobei das Brennstoffzellensystem bei der zweiten maximalen
Dynamikanforderung in einem zweitem Leerlaufbetriebsmodus betrieben wird; und
wobei das Brennstoffzellensystem im ersten Leerlaufbetriebsmodus effizienter betrieben wird als im zweiten Leerlaufbetriebsmodus.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Erfassen der maximalen
Dynamikanforderung den Schritt umfasst, wonach die
Verkehrssituation erfasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zu erfassende maximale Dynamikanforderung eine zukünftige maximale Dynamikanforderung ist; und/oder wobei die zu erfassende Verkehrssituation eine zukünftige Verkehrssituation ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Verkehrssituation durch ein Umfelderkennungssystem des Kraftfahrzeugs erfasst wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die maximale Dynamikanforderung und/oder die Verkehrssituation erfasst wird/werden anhand von mindestens einer Information, und wobei die Information bereitgestellt wird von mindestens einem
fahrzeugexternen Recheneinheit.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die maximale Dynamikanforderung durch eine Fahrereingabe begrenzt wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei im ersten Leerlaufmodus mindestens ein elektrischer Verbraucher des
Brennstoffzellensystems abgeschaltet wird/ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der elektrische Verbraucher ein Oxidationsmittelförderer, eine Kühlmittelpumpe und/oder einen Brennstoff-Rezirkulationsförderer ist/sind.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend den Schritt: Erfassen vom Ladezustand einer
Energiespeichereinrichtung; wobei das Brennstoffzellensystem die Energiespeichereinrichtung mit elektrischer Energie versorgt, falls der Ladezustand unterhalb von einem unteren
Ladezustandsgrenzwert liegt.
10. Brennstoffzellensystem, eingerichtet um ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
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