WO2019105645A1 - Method for operating a vehicle - Google Patents

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WO2019105645A1
WO2019105645A1 PCT/EP2018/078008 EP2018078008W WO2019105645A1 WO 2019105645 A1 WO2019105645 A1 WO 2019105645A1 EP 2018078008 W EP2018078008 W EP 2018078008W WO 2019105645 A1 WO2019105645 A1 WO 2019105645A1
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WO
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cell system
drive
vehicle
switch
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PCT/EP2018/078008
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Inventor
Klaus Beulich
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a vehicle having a first drive and a second drive, with a traction battery and a fuel cell system under normal conditions and when system components fail.
  • Robotaxis are usually equipped with a battery electric drive. For use in urban areas smaller speeds and thus smaller drive power required. Autonomous taxis such as Robotaxis are like conventional taxis almost around the clock in use, with the daily driving distance of the order of about 300 km. To have a good availability of these vehicles
  • Autonomous taxis have to meet increased demands on the failure safety of the drive in the event of a fault. This requirement is usually met by two redundant drive systems.
  • these converters require space, increase weight and generate losses and costs.
  • Fuel cell systems require an external electrical energy source, for example in the form of a battery, for fast starting.
  • an autonomously driving vehicle which has a first drive and a second drive, a driving battery and a fuel cell system and includes a vehicle control, wherein at least the following steps are undergoing: a) starting the vehicle with the first drive, fed from the traction battery is with simultaneous startup of the fuel cell system of the vehicle,
  • the mentioned method steps apply to a fault-free normal operation with filled energy storage.
  • process step c 2 namely during further operation of the fuel cell system with low power, the feeding of the resulting power of the fuel cell system with open first switch in the electrical system of the vehicle.
  • a second switch is closed and the fuel cell system supplied to start it via a DC / DC converter from an on-board battery backup battery, which may be a normal 12V vehicle battery.
  • the fuel cell system If there is a failure of the fuel cell system and / or failure of the second drive of the vehicle, so this is driven and moved by the first drive, which is fed continuously by the traction battery. If, on the other hand, the first drive fails, the first switch is closed and the vehicle is moved via the second drive, which is fed by the traction battery.
  • Blocking diode a power feed back into the fuel cell system
  • Fuel especially gaseous hydrogen is possible. Furthermore, the waste heat from the fuel cell system for heating the vehicle interior can advantageously be used without the range of the vehicle being significantly reduced.
  • Figure 1 shows the topology of an autonomously driving vehicle with two
  • independent drive systems namely a traction battery and a fuel cell system
  • FIG. 1 shows a vehicle 10 which comprises a vehicle control 12 to which a driver request 36 is transmitted.
  • vehicle 10 comprises a first drive 14 which, in the topology according to FIG. 1, comprises a first inverter 16 and a first electric machine 18 which can be operated both in the engine mode and in the generator mode.
  • first drive 14 which, in the topology according to FIG. 1, comprises a first inverter 16 and a first electric machine 18 which can be operated both in the engine mode and in the generator mode.
  • Reference numerals 40 and 42 a first and a second blocking diode.
  • the vehicle 10 has a second drive 20, which includes a second inverter 22 and a second electric machine 24, which can also be operated depending on the control by the vehicle controller 12 in the engine mode as well as in the generator mode.
  • the vehicle 10 includes a traction battery 26, which is an electrochemical battery, and as a further drive, a fuel cell system 28, which optionally may be equipped with a compressor 30 and also may include a humidifier, which is not shown here in detail.
  • both the first drive 14 and the second drive 20 as well as the
  • the fuel cell system 28 includes a blocking diode 38, which at
  • the vehicle 10 comprises a DC / DC converter which converts a vehicle electrical system 46 from the drive systems, i. the electrochemical drive battery 26 and the fuel cell system 28 separates.
  • the vehicle electrical system 46 includes an on-board battery backup 56, which is usually a 12 volt battery.
  • Driving battery 26 and the first drive 14, the first inverter 16 and the first electric machine 18 comprising, which is driven in this case in the engine mode.
  • the compressor 30 accommodated in the fuel cell system 28 is supplied in this scenario via the traction battery 26, while the drive of the vehicle 10 in this scenario from the traction battery 26, the fuel cell system 28 is started simultaneously and slowly started up.
  • FIG. 2 shows the case that the vehicle 10 is driven via the fuel cell system 28.
  • both the first switch 32 and the second switch 34 are open and the drive of the vehicle 10 via the powered-up fuel cell system 28 and the second drive 20, the second inverter 22 and the second electrical Engine 24, which is operated in this case by the vehicle controller 12 in the engine mode.
  • the vehicle controller 12 in the engine mode. In this state alone is that
  • Fuel cell system 28 active.
  • Figure 3 shows the drive of the vehicle by both the driving battery 26 and by the fuel cell system 28. Both the first switch 32 and the second switch 34 are open and the drive of the vehicle 10 via the fuel cell system 28, the first drive 14 and simultaneously via the driving battery 26 and the second drive 20. Die
  • Vehicle control 12 distributes the torque request according to the
  • the compressor 30, which may optionally be provided in the fuel cell system 28, is supplied autonomously via the fuel cell system 28, which is active.
  • a recharging of the battery can be done in the scenario shown in Figure 3 via the vehicle controller 12, which the second drive 20 in the
  • FIG. 4 shows a scenario in the event that a failure 48 of the first drive 14 of the vehicle 10 has occurred.
  • both the first switch 32 and the second switch 34 are open, the drive of the vehicle 10 via the fuel cell system 28 and the second drive 20, which includes the second inverter 22 and the second electric machine 24, which in this case is controlled in the engine mode by the vehicle control.
  • Fuel cell system 28 provided compressor 30 via the
  • Fuel cell system 28 supplies. In case of failure 48 of the first drive 14 results in a reduced power and reduced dynamics when driving the vehicle 10th
  • FIG. 5 shows a scenario in which the failure 48 of the first drive 14 and the failure 50 of the first drive 14 occur
  • Fuel cell system 28 has come.
  • the first switch 32 is closed via the vehicle controller 12, while the second Switch 34 remains in its open position.
  • the drive of the vehicle via the battery 26, which also supplies the compressor 30 of the fuel cell system 28.
  • Also in this case results for the vehicle 10, a reduced power and a reduced range, since one of the separate drive systems, namely the fuel cell system 28 has failed.
  • a failure 52 of the second drive 20 has occurred.
  • the drive of the vehicle 10 via the preferably designed as an electrochemical battery traction battery 26 and the first drive 14, which includes the first inverter 16 and the first electric machine 18.
  • the compressor 30 is powered by the traction battery 26; the first switch 32 and the second switch 34 are each in their open position.
  • a reduced power thus a reduced speed and a lower achievable range with respect to the operating radius of the vehicle 10, is established in the autonomously driving vehicle 10.
  • Open position remains. As soon as the fuel cell system 28 has started up and the second switch 34 is open again, the vehicle is driven 10 via the fuel cell system and, for example, via the components of the second drive 20.
  • Fuel cell system 28 the first switch 32 is closed. Once the fuel cell system 28 is started up, the first switch 32 is opened again, so that the vehicle 10 thereafter alone from the
  • Fuel cell system 28 is supplied.
  • the traction battery 26 serves as a buffer for the supply of the electrical system 46. Restrictions result from the fact that the power of the vehicle is reduced to that of the fuel cell system 28. In the event that there is a failure 50 of the
  • the first switch 32 can be closed, so that the traction battery 26 now supplies the second drive 20.
  • the second switch 34 is closed and the fuel cell system 28 is powered to start it via the bidirectional DC / DC converter 44 from the electrical system backup battery 56 of the electrical system.
  • This is a conventional 12 V vehicle battery.
  • the second switch 34 is opened and the fuel cell system 28 of the vehicle 10 is self-powered.
  • the drive battery 26 and the first drive 14 are operated. If, in this state, the failure 48 of the first drive occurs, the first switch 32 is closed and the vehicle is moved via the traction battery 26 and the second drive 20. In this case, the blocking diode 38, which is provided in the fuel cell system 28, prevents a power feedback feed into the fuel cell system 28.
  • the redundant drives can be additionally combined with a redundant electrical system 46.
  • the invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

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Abstract

The invention relates to a method for operating a vehicle (10) with a first driveline (14), a second driveline (20) with a traction battery (26), a fuel cell system (28) and a vehicle control system (12), wherein in normal operation, at least the following method steps are carried out: a) starting the vehicle (10) with the first driveline (14), which is fed from the traction battery (26) and starting up the fuel cell system (28), b) after the fuel cell system (28) has been started up, distributing a torque request to the first driveline (14) and the second driveline (20), c) actuating the first driveline (14) by means of the vehicle control system (12) in generator mode to charge the traction battery (26), wherein c1) the fuel cell system (28) is turned off or c2) the fuel cell system (28) continues to be operated at lower power, d) recharging the traction battery (26) when the vehicle is stationary by actuating the fuel cell system (28) by means of the vehicle control system (12), or e) recharging the traction battery (26) when the vehicle is in motion by actuating the first driveline (14) in generator mode and driving the vehicle (10) by means of the second driveline (20) via the fuel cell system (28).

Description

Beschreibung  description
Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs Method for operating a vehicle
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einem ersten Antrieb und einem zweiten Antrieb, mit einer Fahrbatterie und einem Brennstoffzellensystem unter Normalbedingungen und beim Auftreten von Ausfällen von Systemkomponenten. The invention relates to a method for operating a vehicle having a first drive and a second drive, with a traction battery and a fuel cell system under normal conditions and when system components fail.
Stand der Technik State of the art
Autonom fahrende Taxis (Robotaxis) sind zurzeit noch nicht in nennenswertem Umfange im Markt vertreten. Robotaxis sind meist mit einem batterieelektrischen Antrieb ausgerüstet. Für den Einsatz in städtischen Gebieten sind kleinere Geschwindigkeiten und damit kleinere Antriebsleistungen erforderlich. Autonom fahrende Taxis wie zum Beispiel Robotaxis sind wie herkömmliche Taxis nahezu rund um die Uhr im Einsatz, wobei die Tagesfahrstrecke in der Größenordnung von ca. 300 km liegt. Um eine gute Verfügbarkeit dieser Fahrzeuge Autonomous taxis (robotic taxis) are not currently represented on the market to a significant extent. Robotaxis are usually equipped with a battery electric drive. For use in urban areas smaller speeds and thus smaller drive power required. Autonomous taxis such as Robotaxis are like conventional taxis almost around the clock in use, with the daily driving distance of the order of about 300 km. To have a good availability of these vehicles
sicherzustellen, sind einerseits eine hohe Batteriekapazität sowie andererseits eine Schnellladefähigkeit unabdingbar. Wird die Heizung des Fahrgastraumes aus dem elektrischen Speicher entnommen, reduziert das in der kalten ensure on the one hand a high battery capacity and on the other hand, a fast charging ability is essential. If the heating of the passenger compartment is removed from the electric storage, this reduces in the cold
Jahreszeit bei entsprechend niedrigen Außentemperaturen die Reichweite nicht unerheblich. Season with correspondingly low outside temperatures, the range is not insignificant.
Autonom fahrende Taxis (Robotaxis) haben erhöhte Anforderungen an die Ausfallsicherheit des Antriebs im Fehlerfall zu erfüllen. Diese Anforderung wird in der Regel durch zwei redundante Antriebssysteme erfüllt. Im elektrischen System von Brennstoffzellenfahrzeugen, wird die Anpassung der beiden Antriebsquellen Fahrbatterie und Brennstoffzellensystem an das Traktionsnetz über DC/DC- Wandler realisiert. Diese Wandler benötigen jedoch Bauraum, erhöhen das Gewicht und erzeugen Verluste und Kosten. Brennstoffzellensysteme benötigen zum schnellen Starten eine externe elektrische Energiequelle, zum Beispiel in Form einer Batterie. Autonomous taxis (robotic taxis) have to meet increased demands on the failure safety of the drive in the event of a fault. This requirement is usually met by two redundant drive systems. In the electrical system of fuel cell vehicles, the adaptation of the two drive sources driving battery and fuel cell system to the traction network via DC / DC Transducer realized. However, these converters require space, increase weight and generate losses and costs. Fuel cell systems require an external electrical energy source, for example in the form of a battery, for fast starting.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs, According to the invention, a method for operating a vehicle,
insbesondere eines autonom fahrenden Fahrzeugs vorgeschlagen, welches einen ersten Antrieb und einen zweiten Antrieb, eine Fahrbatterie und ein Brennstoffzellensystem aufweist und eine Fahrzeugsteuerung umfasst, wobei zumindest die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden: a) Anfahren des Fahrzeugs mit dem ersten Antrieb, der aus der Fahrbatterie gespeist wird bei gleichzeitigem Hochfahren des Brennstoffzellensystems des Fahrzeugs, in particular proposed an autonomously driving vehicle, which has a first drive and a second drive, a driving battery and a fuel cell system and includes a vehicle control, wherein at least the following steps are undergoing: a) starting the vehicle with the first drive, fed from the traction battery is with simultaneous startup of the fuel cell system of the vehicle,
b) nach dem Hochfahren des Brennstoffzellensystems erfolgt eine Verteilung eines Momentenwunsches auf den ersten und den zweiten Antrieb, c) Ansteuerung des ersten Antriebes durch die Fahrzeugsteuerung im b) after the startup of the fuel cell system there is a distribution of a torque request to the first and the second drive, c) control of the first drive by the vehicle control in
generatorischen Modus zum Aufladen der Fahrbatterie, wobei  regenerative mode for charging the traction battery, taking
Ci) ein Abschalten des Brennstoffzellensystem oder Ci) a shutdown of the fuel cell system or
c2) ein Weiterbetrieb des Brennstoffzellensystems mit geringer Leistung erfolgt, c 2 ) a continued operation of the fuel cell system with low power,
d) ein Nachladen der Fahrbatterie im Stand durch Ansteuerung des d) a recharge the drive battery in the state by controlling the
Brennstoffzellensystems durch die Fahrzeugsteuerung, oder  Fuel cell system by the vehicle control, or
e) ein Nachladen der Fahrbatterie während der Fahrt durch Ansteuerung des ersten Antriebes im Generatormodus und Antrieb des Fahrzeugs durch den zweiten Antrieb über das Brennstoffzellensystem erfolgt. e) recharging the traction battery while driving by driving the first drive in the generator mode and driving the vehicle by the second drive via the fuel cell system.
Die genannten Verfahrensschritte gelten für einen fehlerfreien Normalbetrieb mit gefüllten Energiespeichern. The mentioned method steps apply to a fault-free normal operation with filled energy storage.
In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens erfolgt nach dem Verfahrensschritt Ci), wonach eine Abschaltung des Brennstoffzellensystems vorgenommen wird, nach Schließen eines ersten Schalters eine Weiterversorgung des Bordnetzes des Fahrzeugs durch den ersten Antrieb. In a further development of the method proposed according to the invention takes place after the process step Ci), after which a shutdown of Fuel cell system is made after closing a first switch, a further supply of the electrical system of the vehicle by the first drive.
In vorteilhafter Weise erfolgt bei Verfahrensschritt c2), nämlich bei Weiterbetrieb des Brennstoffzellensystems mit geringer Leistung, die Einspeisung der entstehenden Leistung des Brennstoffzellensystems bei geöffnetem ersten Schalter in das Bordnetz des Fahrzeugs. Advantageously, in process step c 2 ), namely during further operation of the fuel cell system with low power, the feeding of the resulting power of the fuel cell system with open first switch in the electrical system of the vehicle.
Für den Fall, dass abweichend vom fehlerfreien Normalbetrieb mit vollen In the event that deviating from the error-free normal operation with full
Energiespeichern ein Ausfall des ersten Antriebes, der einen Inverter und eine elektrische Maschine umfasst, auftreten sollte, wird in Abwandlung des obenstehenden Verfahrens mit dem Verfahrensschritt a) bis d) ein erster Schalter zum Starten des Brennstoffzellensystems geschlossen und nach dessen Energy storage a failure of the first drive, which includes an inverter and an electric machine should occur should, in a modification of the above method with the method steps a) to d) a first switch for starting the fuel cell system is closed and after its
Hochfahren wieder geöffnet, so dass das Fahrzeug allein aus dem Start up again, leaving the vehicle alone
hochgefahrenen Brennstoffzellensystem versorgt wird. powered up fuel cell system is powered.
Fällt in der vorstehend erwähnten Situation bei Ausfall des ersten Antriebes das Brennstoffzellensystem aus, so wird der erste Schalter geschlossen und der zweite Antrieb wird durch die Fahrbatterie gespeist und das Fahrzeug auf diese Weise fortbewegt. Falls in the above-mentioned situation in case of failure of the first drive, the fuel cell system, the first switch is closed and the second drive is powered by the traction battery and the vehicle is moved in this way.
Im Falle des Ausfalles der Fahrbatterie, wird ein zweiter Schalter geschlossen und das Brennstoffzellensystem zu dessen Start über einen DC/DC-Wandler aus einer Bord netz- Pufferbatterie versorgt, bei der es sich um eine normale 12 V- Fahrzeugbatterie handeln kann. Sobald das Brennstoffzellensystem In the event of failure of the traction battery, a second switch is closed and the fuel cell system supplied to start it via a DC / DC converter from an on-board battery backup battery, which may be a normal 12V vehicle battery. Once the fuel cell system
hochgefahren ist, wird der zuvor geschlossene zweiter Schalter wieder geöffnet und das Brennstoffzellensystem des Fahrzeugs versorgt sich selbst. has booted, the previously closed second switch is opened again and the fuel cell system of the vehicle powers itself.
Kommt es zu einem Ausfall des Brennstoffzellensystems und/oder zu einem Ausfall des zweiten Antriebs des Fahrzeugs, so wird dieses durch den ersten Antrieb, der kontinuierlich von der Fahrbatterie gespeist wird, angetrieben und fortbewegt. Fällt hingegen der erste Antrieb aus, wird der erste Schalter geschlossen und das Fahrzeug über den zweiten Antrieb, der von der Fahrbatterie gespeist wird, fortbewegt. If there is a failure of the fuel cell system and / or failure of the second drive of the vehicle, so this is driven and moved by the first drive, which is fed continuously by the traction battery. If, on the other hand, the first drive fails, the first switch is closed and the vehicle is moved via the second drive, which is fed by the traction battery.
In diesem Falle wird durch eine im Brennstoffzellensystem angeordnete In this case, is arranged by a fuel cell system in the
Sperrdiode eine Stromrückeinspeisung in das Brennstoffzellensystem Blocking diode, a power feed back into the fuel cell system
unterbunden. prevented.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die Vorteile der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung liegen unter anderem darin, dass bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen The advantages of the solution proposed according to the invention include, inter alia, that in the proposed according to the invention
Betriebsstrategie für ein autonom fahrendes Taxi (Robotaxi) lediglich ein DC/DC- Wandler für das 12 V-Bordnetz eingesetzt werden muss, was Gewichts- und Kostenvorteile mit sich bringt. Die Weiterfahrt des autonom fahrenden Fahrzeugs ist bei Ausfall eines der beiden Antriebe durch die erfindungsgemäß Operating strategy for an autonomously driving taxi (Robotaxi) only a DC / DC converter for the 12 V electrical system must be used, which brings weight and cost advantages. The onward travel of the autonomously moving vehicle is in case of failure of the two drives by the invention
vorgeschlagene fehlertolerante Betriebsstrategie mit zwei voneinander getrennten unabhängigen Antriebssystemen gewährleistet. Vorteile gegenüber einem rein batteriebetriebenen autonom fahrenden Fahrzeug liegen darin, dass bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Betriebsstrategie für ein Fahrzeug mit einer Fahrbatterie und einem Brennstoffzellensystem, eine hohe Verfügbarkeit desselben dadurch gewährleistet ist, dass ein schnelles Nachladen von proposed fault tolerant operating strategy with two separate independent drive systems guaranteed. Advantages over a purely battery-powered autonomously driving vehicle are that in the inventively proposed operating strategy for a vehicle with a traction battery and a fuel cell system, a high availability of the same is ensured by the fact that a quick reloading of
Brennstoff, insbesondere gasförmigem Wasserstoff möglich ist. Des Weiteren kann in vorteilhafter Weise die Abwärme aus dem Brennstoffzellensystem zur Beheizung des Fahrzeuginnenraumes genutzt werden, ohne dass die Reichweite des Fahrzeugs in nennenswerter Weise reduziert würde. Fuel, especially gaseous hydrogen is possible. Furthermore, the waste heat from the fuel cell system for heating the vehicle interior can advantageously be used without the range of the vehicle being significantly reduced.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. With reference to the drawing, the invention will be described below in more detail.
Es zeigt: It shows:
Figur 1 die Topologie eines autonom fahrenden Fahrzeugs mit zwei Figure 1 shows the topology of an autonomously driving vehicle with two
voneinander unabhängigen Antriebssystemen, nämlich einer Fahrbatterie und einem Brennstoffzellensystem,  independent drive systems, namely a traction battery and a fuel cell system,
Figuren 2 Figures 2
bis 8 verschiedene Betriebsszenarien des Fahrzeuges gemäß der to 8 different operating scenarios of the vehicle according to the
Topologie nach Figur 1  Topology according to FIG. 1
Ausführungsvarianten variants
Der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein Fahrzeug 10 zu entnehmen, welches eine Fahrzeugsteuerung 12 umfasst, an die ein Fahrerwunsch 36 übermittelt wird. Das Fahrzeug 10 umfasst einen ersten Antrieb 14, der in der Topologie gemäß Figur 1 einen ersten Inverter 16 sowie eine erste elektrische Maschine 18 umfasst, die sowohl im Motormodus als auch im Generatormodus betrieben werden kann. In den nachfolgenden Figuren 1 - 8 bezeichnen die The illustration according to FIG. 1 shows a vehicle 10 which comprises a vehicle control 12 to which a driver request 36 is transmitted. The vehicle 10 comprises a first drive 14 which, in the topology according to FIG. 1, comprises a first inverter 16 and a first electric machine 18 which can be operated both in the engine mode and in the generator mode. In the following figures 1-8 denote the
Bezugszeichen 40 und 42 eine erste und eine zweite Sperrdiode. Reference numerals 40 and 42 a first and a second blocking diode.
Darüber hinaus weist das Fahrzeug 10 einen zweiten Antrieb 20 auf, der einen zweiten Inverter 22 und eine zweite elektrische Maschine 24 umfasst, die ebenfalls je nach Ansteuerung durch die Fahrzeugsteuerung 12 im Motormodus wie auch im Generatormodus betrieben werden können. Das Fahrzeug 10 umfasst eine Fahrbatterie 26, bei der es sich um eine elektrochemische Batterie handelt, sowie als weiteren Antrieb ein Brennstoffzellensystem 28, welches gegebenenfalls mit einem Verdichter 30 ausgestattet sein kann sowie darüber hinaus auch einen Luftbefeuchter umfassen kann, der hier jedoch nicht näher dargestellt ist. In addition, the vehicle 10 has a second drive 20, which includes a second inverter 22 and a second electric machine 24, which can also be operated depending on the control by the vehicle controller 12 in the engine mode as well as in the generator mode. The vehicle 10 includes a traction battery 26, which is an electrochemical battery, and as a further drive, a fuel cell system 28, which optionally may be equipped with a compressor 30 and also may include a humidifier, which is not shown here in detail.
Mittels eines ersten Schalters 32 und eines zweiten Schalters 34, die jeweils in ihre offene und ihre geschlossene Position geschaltet werden können, können sowohl der erste Antrieb 14 als auch der zweite Antrieb 20 wie auch die By means of a first switch 32 and a second switch 34, which can be switched to their open and their closed position, both the first drive 14 and the second drive 20 as well as the
Energiesysteme Fahrbatterie 26 sowie Brennstoffzellensystem 28 miteinander in verschiedenen Kombinationen, wie nachfolgend noch erläutert werden wird, zusammengeschaltet oder getrennt werden. Energy systems driving battery 26 and fuel cell system 28 together in different combinations, as will be explained below, interconnected or separated.
Das Brennstoffzellensystem 28 umfasst eine Sperrdiode 38, die bei The fuel cell system 28 includes a blocking diode 38, which at
entsprechender Stellung des ersten Schalters 32 und des zweiten Schalters 34 eine Rückeinspeisung von Strom in das Brennstoffzellensystem 28 verhindert. corresponding position of the first switch 32 and the second switch 34 prevents feedback of electricity into the fuel cell system 28.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das Fahrzeug 10 einen DC/DC- Wandler umfasst, der ein Bordnetz 46 von den Antriebssystemen, d.h. der elektrochemischen Fahrbatterie 26 und dem Brennstoffzellensystem 28 trennt. Das Bordnetz 46 umfasst eine Bordnetz- Pufferbatterie 56, bei der es sich in der Regel um eine 12 Volt-Batterie handelt. For the sake of completeness, it should be noted that the vehicle 10 comprises a DC / DC converter which converts a vehicle electrical system 46 from the drive systems, i. the electrochemical drive battery 26 and the fuel cell system 28 separates. The vehicle electrical system 46 includes an on-board battery backup 56, which is usually a 12 volt battery.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Szenario, stehen der erste Schalter 32 sowie der zweite Schalter 34 offen. Der Antrieb des Fahrzeugs 10 erfolgt über die In the scenario shown in Figure 1, the first switch 32 and the second switch 34 are open. The drive of the vehicle 10 via the
Fahrbatterie 26 und den ersten Antrieb 14, den ersten Inverter 16 sowie die erste elektrische Maschine 18 umfassend, die in diesem Fall im Motormodus angesteuert wird. Der im Brennstoffzellensystem 28 aufgenommene Verdichter 30 wird in diesem Szenario über die Fahrbatterie 26 versorgt, während beim Antrieb des Fahrzeugs 10 in diesem Szenario aus der Fahrbatterie 26 das Brennstoffzellensystem 28 gleichzeitig gestartet und langsam hochgefahren wird. Driving battery 26 and the first drive 14, the first inverter 16 and the first electric machine 18 comprising, which is driven in this case in the engine mode. The compressor 30 accommodated in the fuel cell system 28 is supplied in this scenario via the traction battery 26, while the drive of the vehicle 10 in this scenario from the traction battery 26, the fuel cell system 28 is started simultaneously and slowly started up.
Figur 2 zeigt den Fall, dass das Fahrzeug 10 über das Brennstoffzellensystem 28 angetrieben wird. Bei dem in Figur 2 dargestellten Szenario stehen sowohl der erste Schalter 32 als auch der zweite Schalter 34 offen und der Antrieb des Fahrzeugs 10 erfolgt über das hochgefahrene Brennstoffzellensystem 28 und den zweiten Antrieb 20, der den zweiten Inverter 22 sowie die zweite elektrische Maschine 24 umfasst, die in diesem Falle von der Fahrzeugsteuerung 12 im Motormodus betrieben wird. In diesem Zustand ist allein das FIG. 2 shows the case that the vehicle 10 is driven via the fuel cell system 28. In the scenario shown in Figure 2, both the first switch 32 and the second switch 34 are open and the drive of the vehicle 10 via the powered-up fuel cell system 28 and the second drive 20, the second inverter 22 and the second electrical Engine 24, which is operated in this case by the vehicle controller 12 in the engine mode. In this state alone is that
Brennstoffzellensystem 28 aktiv. Fuel cell system 28 active.
Figur 3 zeigt den Antrieb des Fahrzeugs sowohl durch die Fahrbatterie 26 als auch durch das Brennstoffzellensystem 28. Sowohl der erste Schalter 32 als auch der zweite Schalter 34 stehen offen und der Antrieb des Fahrzeugs 10 erfolgt über das Brennstoffzellensystem 28, den ersten Antrieb 14 sowie gleichzeitig über die Fahrbatterie 26 und den zweiten Antrieb 20. Die Figure 3 shows the drive of the vehicle by both the driving battery 26 and by the fuel cell system 28. Both the first switch 32 and the second switch 34 are open and the drive of the vehicle 10 via the fuel cell system 28, the first drive 14 and simultaneously via the driving battery 26 and the second drive 20. Die
Fahrzeugsteuerung 12 verteilt den Momentenwunsch entsprechend des Vehicle control 12 distributes the torque request according to the
Fahrerwunsches 36 an den ersten Antrieb 14 und/oder den zweiten Antrieb 20.Driver request 36 to the first drive 14 and / or the second drive 20th
Es stellt die Summe aus beiden abgegebenen Leistungen zur Verfügung. Der Verdichter 30, der gegebenenfalls im Brennstoffzellensystem 28 vorgesehen sein kann, wird über das Brennstoffzellensystem 28 autark versorgt, welches aktiv ist. Ein Nachladen der Batterie kann in dem in Figur 3 dargestellten Szenario über die Fahrzeugsteuerung 12 erfolgen, welche den zweiten Antrieb 20 im It provides the sum of the two services provided. The compressor 30, which may optionally be provided in the fuel cell system 28, is supplied autonomously via the fuel cell system 28, which is active. A recharging of the battery can be done in the scenario shown in Figure 3 via the vehicle controller 12, which the second drive 20 in the
Generatormodus ansteuert, so dass die Fahrbatterie 26 rekuperativ geladen werden kann. Generator mode, so that the traction battery 26 can be charged recuperatively.
Figur 4 zeigt ein Szenario für den Fall, dass es zu einem Ausfall 48 des ersten Antriebes 14 des Fahrzeugs 10 gekommen ist. Gemäß Figur 4 stehen sowohl der erste Schalter 32 als auch der zweite Schalte 34 offen, der Antrieb des Fahrzeugs 10 erfolgt über das Brennstoffzellensystem 28 und den zweiten Antrieb 20, der den zweiten Inverter 22 und die zweite elektrische Maschine 24 umfasst, welche in diesem Fall im Motormodus durch die Fahrzeugsteuerung angesteuert wird. Auch in diesem Falle wird der optional im FIG. 4 shows a scenario in the event that a failure 48 of the first drive 14 of the vehicle 10 has occurred. According to Figure 4, both the first switch 32 and the second switch 34 are open, the drive of the vehicle 10 via the fuel cell system 28 and the second drive 20, which includes the second inverter 22 and the second electric machine 24, which in this case is controlled in the engine mode by the vehicle control. Also in this case, the optional in
Brennstoffzellensystem 28 vorgesehene Verdichter 30 über das Fuel cell system 28 provided compressor 30 via the
Brennstoffzellensystem 28 versorgt. Bei Ausfall 48 des ersten Antriebes 14 ergibt sich eine reduzierte Leistung und eine herabgesetzte Dynamik beim Fahren des Fahrzeugs 10. Fuel cell system 28 supplies. In case of failure 48 of the first drive 14 results in a reduced power and reduced dynamics when driving the vehicle 10th
Der Darstellung gemäß Figur 5 ist ein Szenario zu entnehmen, bei dem es zum Ausfall 48 des ersten Antriebes 14 und zum Ausfall 50 des The illustration according to FIG. 5 shows a scenario in which the failure 48 of the first drive 14 and the failure 50 of the first drive 14 occur
Brennstoffzellensystems 28 gekommen ist. Für diesen Fall wird der erste Schalter 32 über die Fahrzeugsteuerung 12 geschlossen, während der zweite Schalter 34 in seiner Offenstellung verbleibt. Der Antrieb des Fahrzeugs erfolgt über die Batterie 26, der auch den Verdichter 30 des Brennstoffzellensystems 28 versorgt. Auch in diesem Falle ergibt sich für das Fahrzeug 10 eine reduzierte Leistung und eine reduzierte Reichweite, da eines der voneinander getrennten Antriebssysteme, nämlich das Brennstoffzellensystem 28 ausgefallen ist. Fuel cell system 28 has come. For this case, the first switch 32 is closed via the vehicle controller 12, while the second Switch 34 remains in its open position. The drive of the vehicle via the battery 26, which also supplies the compressor 30 of the fuel cell system 28. Also in this case results for the vehicle 10, a reduced power and a reduced range, since one of the separate drive systems, namely the fuel cell system 28 has failed.
Bei dem in Figur 6 dargestellten Szenario ist ein Ausfall 52 des zweiten Antriebes 20 aufgetreten. Der Antrieb des Fahrzeugs 10 erfolgt über die vorzugsweise als elektrochemische Batterie beschaffene Fahrbatterie 26 und den ersten Antrieb 14, der den ersten Inverter 16 und die erste elektrische Maschine 18 umfasst. Auch der Verdichter 30 wird über die Fahrbatterie 26 versorgt; der erste Schalter 32 sowie der zweite Schalter 34 stehen jeweils in ihrer Offenstellung. Auch hier stellt sich beim autonom fahrenden Fahrzeug 10 eine reduzierte Leistung, damit eine verringerte Geschwindigkeit sowie eine geringere erreichbare Reichweite in Bezug auf den Aktionsradius des Fahrzeugs 10, ein. In the scenario illustrated in FIG. 6, a failure 52 of the second drive 20 has occurred. The drive of the vehicle 10 via the preferably designed as an electrochemical battery traction battery 26 and the first drive 14, which includes the first inverter 16 and the first electric machine 18. Also, the compressor 30 is powered by the traction battery 26; the first switch 32 and the second switch 34 are each in their open position. Here, too, a reduced power, thus a reduced speed and a lower achievable range with respect to the operating radius of the vehicle 10, is established in the autonomously driving vehicle 10.
Bei dem in Figur 7 dargestellten Szenario ist die Fahrbatterie 26 sowie der zweite Antrieb 20 ausgefallen. Der erste Schalter 32 ist geschlossen, während der zweite Schalter 34 offensteht. Der Antrieb des Fahrzeugs 10 erfolgt über das Brennstoffzellensystem 28 sowie den ersten Antrieb 14, der den ersten Inverter 16 und die erste elektrische Maschine 18 umfasst, die in diesem Falle im In the scenario shown in Figure 7, the traction battery 26 and the second drive 20 has failed. The first switch 32 is closed while the second switch 34 is open. The drive of the vehicle 10 via the fuel cell system 28 and the first drive 14, which includes the first inverter 16 and the first electric machine 18, which in this case in
Motorbetrieb angesteuert wird. Bei ausgefallener Fahrzeugbatterie 26 wird der Verdichter 30 unmittelbar über das Brennstoffzellensystem 28 versorgt. Aber auch in diesem Betriebszustand stellen sich reduzierte Fahrleistungen in Bezug auf die erreichbare Höchstgeschwindigkeit sowie eine verringerte Reichweite und eine deutlich herabgesetzte Fahrdynamik des Fahrzeugs 10 ein. Motor operation is controlled. When the vehicle battery 26 fails, the compressor 30 is supplied directly via the fuel cell system 28. But even in this operating condition, reduced driving performance in relation to the achievable maximum speed and a reduced range and a significantly reduced driving dynamics of the vehicle 10 set.
Im in Figur 8 dargestellten Szenario ist es zu einem Ausfall 54 der Batterie gekommen. In the scenario illustrated in FIG. 8, a failure 54 of the battery has occurred.
Fällt die Fahrbatterie 26 aus, so wird der zweite Schalter 34, wie in Figur 8 dargestellt, geschlossen, wohingegen der erste Schalter 32 in seiner If the traction battery 26 fails, the second switch 34, as shown in Figure 8, closed, whereas the first switch 32 in its
Offenstellung verbleibt. Sobald das Brennstoffzellensystem 28 hochgefahren ist und der zweite Schalter 34 wieder offensteht, erfolgt der Antrieb des Fahrzeugs 10 über das Brennstoffzellensystem und beispielsweise über die Komponenten des zweiten Antriebes 20. Open position remains. As soon as the fuel cell system 28 has started up and the second switch 34 is open again, the vehicle is driven 10 via the fuel cell system and, for example, via the components of the second drive 20.
Wie obenstehend anhand der beschriebenen Ereignisse erläutert wird beim Ausfall einer Komponente des ersten Antriebs 14 zum Start des As explained above with reference to the described events, if one component of the first drive 14 fails, the start of the first drive 14 occurs
Brennstoffzellensystems 28 der erste Schalter 32 geschlossen. Sobald das Brennstoffzellensystem 28 hochgefahren ist, wird der erste Schalter 32 wieder geöffnet, so dass das Fahrzeug 10 danach allein aus dem Fuel cell system 28, the first switch 32 is closed. Once the fuel cell system 28 is started up, the first switch 32 is opened again, so that the vehicle 10 thereafter alone from the
Brennstoffzellensystem 28 versorgt wird. In diesem Falle dient die Fahrbatterie 26 als Puffer zur Versorgung des Bordnetzes 46. Einschränkungen ergeben sich dadurch, dass die Leistung des Fahrzeugs auf die des Brennstoffzellensystems 28 reduziert ist. Für den Fall, dass es zu einem Ausfall 50 des Fuel cell system 28 is supplied. In this case, the traction battery 26 serves as a buffer for the supply of the electrical system 46. Restrictions result from the fact that the power of the vehicle is reduced to that of the fuel cell system 28. In the event that there is a failure 50 of the
Brennstoffzellensystems kommt, kann der erste Schalter 32 geschlossen werden, so dass die Fahrbatterie 26 nunmehr den zweiten Antrieb 20 versorgt. Fuel cell system comes, the first switch 32 can be closed, so that the traction battery 26 now supplies the second drive 20.
Für den Fall des Ausfalles 54 der Batterie 26, wird der zweite Schalter 34 geschlossen und das Brennstoffzellensystem 28 wird zu dessen Start über den bidirektionalen DC/DC-Wandler 44 aus der Bordnetz- Pufferbatterie 56 des Bordnetzes versorgt. Bei dieser handelt es sich um eine herkömmliche 12 V- Fahrzeugbatterie. Nach Hochfahren des Brennstoffzellensystems 28 wird der zweite Schalter 34 geöffnet und das Brennstoffzellensystem 28 des Fahrzeugs 10 versorgt sich selbst. In the event of failure 54 of the battery 26, the second switch 34 is closed and the fuel cell system 28 is powered to start it via the bidirectional DC / DC converter 44 from the electrical system backup battery 56 of the electrical system. This is a conventional 12 V vehicle battery. After starting up the fuel cell system 28, the second switch 34 is opened and the fuel cell system 28 of the vehicle 10 is self-powered.
Bei Ausfall des Brennstoffzellensystems 28 kann das Fahrzeug mit In case of failure of the fuel cell system 28, the vehicle with
eingeschränkter Reichweite aus der Fahrbatterie 26 und dem ersten Antrieb 14 betrieben werden. Kommt es in diesem Zustand zum Ausfall 48 des ersten Antriebes, wird der erste Schalter 32 geschlossen und das Fahrzeug wird über die Fahrbatterie 26 und den zweiten Antrieb 20 bewegt. Für diesen Fall verhindert die Sperrdiode 38, die im Brennstoffzellensystem 28 vorgesehen ist, eine Stromrückeinspeisung in das Brennstoffzellensystem 28. Limited range of the drive battery 26 and the first drive 14 are operated. If, in this state, the failure 48 of the first drive occurs, the first switch 32 is closed and the vehicle is moved via the traction battery 26 and the second drive 20. In this case, the blocking diode 38, which is provided in the fuel cell system 28, prevents a power feedback feed into the fuel cell system 28.
Um die Ausfallsicherheit eines autonom fahrenden Fahrzeugs 10 wie anhand der Betriebsstrategie beschrieben, können die redundanten Antriebe zusätzlich mit einem redundanten Bordnetz 46 kombiniert werden. Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. To the reliability of an autonomously driving vehicle 10 as described by the operating strategy, the redundant drives can be additionally combined with a redundant electrical system 46. The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (10) mit einem ersten Antrieb (14) und einem zweiten Antrieb (20) mit einer Fahrbatterie (26) und einem Brennstoffzellensystem (28) und einer Fahrzeugsteuerung (12), mit zumindest den nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Anfahren des Fahrzeugs (10) mit dem ersten Antrieb (14), der aus der Fahrbatterie (26) gespeist wird und gleichzeitiges Hochfahren des Brennstoffzellensystems (28) A method for operating a vehicle (10) having a first drive (14) and a second drive (20) with a traction battery (26) and a fuel cell system (28) and a vehicle control (12), comprising at least the following method steps: a ) Starting the vehicle (10) with the first drive (14), which is fed from the traction battery (26) and simultaneous startup of the fuel cell system (28)
b) nach dem Hochfahren des Brennstoffzellensystems (28) erfolgt eine Verteilung eines Momentenwunsches auf den ersten Antrieb (14) und/oder den zweiten Antrieb (20),  b) after the startup of the fuel cell system (28), a torque request is distributed to the first drive (14) and / or the second drive (20),
c) Ansteuerung des ersten Antriebes (14) durch die  c) control of the first drive (14) by the
Fahrzeugsteuerung (12) im Generatormodus zum Aufladen der Fahrbatterie (26), wobei  Vehicle control (12) in the generator mode for charging the traction battery (26), wherein
Ci) eine Abschaltung des Brennstoffzellensystems (28) oder c2) ein Weiterbetrieb des Brennstoffzellensystems (28) mit Ci) a shutdown of the fuel cell system (28) or c 2 ) a continued operation of the fuel cell system (28)
geringer Leistung erfolgt,  low power,
d) ein Nachladen der Fahrbatterie (26) im Stand des Fahrzeugs (10) durch Ansteuerung des Brennstoffzellensystems (28) durch die Fahrzeugsteuerung (12),  d) recharging the traction battery (26) in the state of the vehicle (10) by activating the fuel cell system (28) by the vehicle control (12),
oder  or
e) ein Nachladen der Fahrbatterie (26) während der Fahrt durch Ansteuerung des ersten Antriebes (14) im Generatormodus und Antrieb des Fahrzeugs (10) durch den zweiten Antrieb (20) über das Brennstoffzellensystem (28).  e) recharging the traction battery (26) while driving by driving the first drive (14) in the generator mode and driving the vehicle (10) by the second drive (20) via the fuel cell system (28).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt Ci) nach Schließen eines ersten Schalters (32) das Bordnetz (46) des Fahrzeugs (10) über den ersten Antrieb (14) versorgt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that according to step Ci) after closing a first switch (32) the Vehicle electrical system (46) of the vehicle (10) via the first drive (14) is supplied.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt c2) bei geöffnetem ersten Schalter (32) entstehende Leistung des Brennstoffzellensystems (28) in das Bordnetz (46) eingespeist wird. 3. The method according to claim 1, characterized in that according to step c 2 ) with open first switch (32) resulting power of the fuel cell system (28) in the electrical system (46) is fed.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ausfall (48) des ersten Antriebes (14) einen ersten Inverter (16) und eine erste elektrische Maschine (18) umfassend, ein erster Schalter (32) zum Starten des Brennstoffzellensystems (28) geschlossen und nach dessen Hochfahren wieder geöffnet wird und das Fahrzeug (10) allein durch das Brennstoffzellensystem (28) versorgt wird. 4. The method according to claim 1, characterized in that in the event of a failure (48) of the first drive (14) comprising a first inverter (16) and a first electric machine (18), a first switch (32) for starting the fuel cell system ( 28) is closed and reopened after its startup and the vehicle (10) is powered solely by the fuel cell system (28).
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall (50) des Brennstoffzellensystems (28) der erste Schalter (32) geschlossen wird und der zweite Antrieb (20) durch die Fahrbatterie (26) versorgt wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that in case of failure (50) of the fuel cell system (28) of the first switch (32) is closed and the second drive (20) by the traction battery (26) is supplied.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall (54) der Fahrbatterie (26) ein zweiter Schalter (34) geschlossen und das Brennstoffzellensystem (28) zum Start über einen DC/DC-Wandler (44) aus einer Bord netz -Pufferbatterie (56) versorgt wird. 6. The method according to claim 1, characterized in that in case of failure (54) of the traction battery (26), a second switch (34) closed and the fuel cell system (28) to start via a DC / DC converter (44) from a board network Buffer battery (56) is supplied.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach 7. The method according to claim 6, characterized in that after
Hochfahren des Brennstoffzellensystems (28) der zweite Schalter (34) geöffnet wird und sich das Brennstoffzellensystem (28) selbst versorgt.  Startup of the fuel cell system (28), the second switch (34) is opened and the fuel cell system (28) itself supplies.
8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall (50) des Brennstoffzellensystems (28) und/oder bei Ausfall (52) des zweiten Antriebes (20) das Fahrzeug (10) durch den ersten Antrieb (14), der von der Fahrbatterie (26) gespeist wird, angetrieben wird. 8. The method according to claim 1, characterized in that in case of failure (50) of the fuel cell system (28) and / or failure (52) of the second drive (20), the vehicle (10) by the first drive (14) of the driving battery (26) is powered is driven.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall (48) des ersten Antriebes (14) der erste Schalter (32) geschlossen wird, das Fahrzeug (10) über den zweiten Antrieb (20), der von der 9. The method according to claim 8, characterized in that in case of failure (48) of the first drive (14) of the first switch (32) is closed, the vehicle (10) via the second drive (20) of the
Fahrbatterie (26) gespeist wird, angetrieben wird.  Traction battery (26) is powered, is driven.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Sperrdiode (38) eine Stromrückeinspeisung in das 10. The method according to claim 9, characterized in that by a blocking diode (38) is a power feed back into the
Brennstoffzellensystem (28) unterbunden wird.  Fuel cell system (28) is prevented.
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