WO2019238279A1 - Verfahren zur ermittlung einer optimalen fahrtroute, navigationssystem und brennstoffzellenfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur ermittlung einer optimalen fahrtroute, navigationssystem und brennstoffzellenfahrzeug Download PDF

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WO2019238279A1
WO2019238279A1 PCT/EP2019/055288 EP2019055288W WO2019238279A1 WO 2019238279 A1 WO2019238279 A1 WO 2019238279A1 EP 2019055288 W EP2019055288 W EP 2019055288W WO 2019238279 A1 WO2019238279 A1 WO 2019238279A1
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WO
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route
fuel cell
sections
degradation
increased
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PCT/EP2019/055288
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English (en)
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Inventor
Markus Ruf
Kai Müller
Michael Brechter
Michael Graebner
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Audi Ag
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/34—Route searching; Route guidance
    • G01C21/3453—Special cost functions, i.e. other than distance or default speed limit of road segments
    • G01C21/3469—Fuel consumption; Energy use; Emission aspects

Definitions

  • the invention relates to a method for determining an optimal route for a fuel cell vehicle with at least one fuel cell and with a navigation system, which according to the preamble of claim 1 comprises the following steps:
  • the invention also relates to a navigation system and a fuel cell vehicle with such a navigation system.
  • Fuel cell systems such as those used for the operation of motor vehicles, are built up from a plurality of fuel cells, which are combined in a fuel cell stack, because of the associated power requirement.
  • Each individual fuel cell comprises a membrane electrode arrangement formed from a proton-conducting membrane, on one side of which the anode and on the other side of which the cathode is formed.
  • Reactant gases are supplied to the electrodes, specifically hydrogen on the anode side and oxygen on the cathode side or an oxygen-containing gas, in particular air.
  • the hydrogen reacts with the oxygen in the air to form water.
  • Fuel cells in a fuel cell vehicle are subject to a wide range of performance requirements due to the route chosen and the environmental conditions along this route.
  • the therefore frequently changing voltage levels in the cell and / or the frequently changing decrease in current from the cell can lead to a chemically induced degradation of the membrane.
  • Highly active catalysts such as platinum are assigned to the membrane electrode arrangement.
  • a possible mechanism of such a chemically induced degradation which leads to a permanent loss of performance of cells of the fuel cell system, is the catalyst oxide formation on the cathode side of the membrane electrode arrangement.
  • the different performance requirements along the route are reacted to by adjusting the moisture level of the membrane and / or the mass flows of the reactant gases, so that the membrane is also subject to mechanical degradation due to the frequently changing operating conditions.
  • DE 20 2013 007 358 U1 describes an electronic inspection system for a motor vehicle, which is designed to determine the age and mileage of the motor vehicle and in particular the stress on a vehicle component.
  • a wear device for the vehicle component for a previous service life is indicated by means of a determination device.
  • Route-specific wear assessments can also be used to determine a low-wear route together with a navigation device. This inspection system does not deal with wear or the degradation effects of a fuel cell system.
  • DE 10 2008 063 088 A1 describes a method for operating a fuel cell system arranged in a vehicle, which method has a control unit which is coupled to a navigation device of the vehicle.
  • the navigation device can automatically calculate the expected travel time and the expected end of travel time, the fuel cell system initiating a correspondingly early switch-off procedure, so that the switching off of the fuel cell system only takes a short time after the vehicle has been parked.
  • a route section is then classified as one of the route sections with an increased degradation effect if an increased power requirement of the fuel cell is to be expected there.
  • a power requirement is present, for example, on a section of the route with a steep gradient. It is therefore advantageous if a route is proposed which has a smaller number of sections of the route which are subject to an increased power requirement of the fuel cell.
  • a route section is classified as one of the route sections with an increased degradation effect if an increased emission burden is to be expected there. It is advantageous to avoid such sections of the route with increased emissions, since a fuel cell system with a polymer electrolyte membrane fuel cell uses oxygen, in particular the oxygen contained in the ambient air, to carry out the electrochemical reaction. However, since the air is subject to increased levels of pollution in areas with high emissions, for example within cities or inside tunnels, this leads to a degradation of the fuel cell, which must be avoided.
  • a route section is also classified as one of the route sections with an increased degradation effect if weather forecast data there are negative for the operation of the fuel cell. If, for example, very high outside temperatures are present, cooling of the fuel cell system can only be accomplished with an increased power requirement, so that, for example, journeys through sections of the route with such elevated temperatures are avoided. Around- Conversely, it is also important to avoid driving through areas that expose the fuel cell system to frost conditions.
  • a route section can also be classified as one of the route sections with an increased degradation effect if a traffic situation predicted there is negative for the operation of the fuel cell.
  • the fuel cell On a congested route, the fuel cell is often operated at idle, which leads to increased aging or an increased degradation effect.
  • a section of the route is therefore selected which, under certain circumstances, leads to a longer route, but which results in less aging of the fuel cell.
  • the increased degradation effect is subdivided into degrees of severity and if, when determining the total degree of degradation, those sections of the route with increased degradation effect are weighted more strongly than those sections of the route with enhanced degradation effect in a lower degree of expression ,
  • This has the advantage that different value numbers are provided which can be assigned to the individual route sections with an increased degradation effect. This is because there may be a section of the route with an increased degradation effect due to an increased performance requirement, but in which there is also a traffic jam due to an accident, so that this leads to an increased degradation effect with an increased degree of expression, which The route determination is to be given greater weight than sections of the route which, for example, only lead through a tunnel, but in which there is no traffic jam.
  • the standard route proposal is shifted in the direction of low-aging routes in order to ensure a further durability of the fuel cell system.
  • the optimum route is also determined as a function of this degree of degradation.
  • the navigation system for a fuel cell vehicle having at least one fuel cell comprises, in particular, a storage unit in which, at least at times, a topographic map comprising a plurality of route sections can be stored or stored.
  • a route determination device which is designed to determine at least two travel routes from a start position to a destination position, which are composed of one or more of the route sections.
  • the route determination device is designed to identify those route sections along which the fuel cell is subject to an expected increased degradation effect.
  • the route determination device is also designed to determine an overall degree of degradation of the fuel cell for each of the determined travel routes on the basis of the route sections identified for the respective travel route with the increased degradation effect of the fuel cell.
  • the route determination device is also designed to select the route that has the lowest overall degree of degradation of the fuel cell as an optimal route.
  • the navigation system according to the invention therefore has the advantage that a user has a further option for calculating the route and that the route proposal is dependent on the fuel cell system's state of aging.
  • the user can actively influence the aging behavior of the fuel cell by driving or operating accordingly.
  • a data receiving device is present for the route section-related reception of weather data.
  • the data receiving device is designed to receive data on the traffic situation, so that the proposed route avoids as likely as possible traffic routes on which the fuel cell is subject to an increased degradation effect.
  • the navigation system in particular its data receiving device, is designed to record position data for determining one's own position or that of third-party vehicles in order to select the optimal route on this basis.
  • the data reception device is also designed to receive data on the emission load on a route section, which are then taken into account in the route determination device when selecting the optimal route.
  • Journeys through areas with increased emissions (NOx, HC, CO, etc.) lead to an increased aging of the fuel cell and can be taken into account when choosing the optimal route.
  • the object relating to the fuel cell vehicle is achieved with a fuel cell vehicle with the features of claim 10. It includes a fuel cell system as explained above and a navigation system for determining an optimal route. It is characterized by longer maintenance intervals due to the extended life curve of the fuel cell system.
  • Fig. 1 shows a navigation system and a fuel cell system
  • Fuel cell vehicle (shown schematically),
  • FIG. 2 shows a topographic map with two travel routes (shown schematically), and
  • FIG. 3 shows a topographical map with two travel routes (shown schematically).
  • FIG. 1 shows a fuel cell system 1 which is connected to a navigation system 2 via a communication link 8 and which comprises a fuel cell stack 5 which has a plurality of fuel cells connected in series.
  • the fuel cell system 1 and the navigation system 2 are parts of a fuel cell vehicle, not shown.
  • Each of the fuel cells comprises an anode and a cathode and a proton-conductive membrane separating the anode from the cathode.
  • the membrane is formed from an ionomer, preferably a sulfonated tetrafluoroethylene polymer (PTFE) or a polymer of perfluorinated sulfonic acid (PFSA).
  • PTFE sulfonated tetrafluoroethylene polymer
  • PFSA perfluorinated sulfonic acid
  • the membrane can be formed as a flydrocarbon membrane.
  • a catalyst can additionally be admixed to the anodes and / or the cathode, the membranes preferably having on their first side and / or on their second side a catalyst layer composed of a noble metal or of mixtures comprising noble metals such as platinum, palladium, ruthenium or The same are coated, which serve as reaction accelerators in the reaction of the respective fuel cell.
  • Fuel eg hydrogen
  • Fuel is fed to the anodes via anode spaces within the fuel cell stack 5.
  • PEM fuel cell polymer electrolyte membrane fuel cell
  • fuel or fuel molecules are split into protons and electrons at the anode.
  • the membrane lets the protons (eg H + ) through, but is impermeable to the electrons (e-).
  • Cathode gas eg air or oxygen-containing air
  • Cathode gas can be supplied to the cathodes via cathode spaces within the fuel cell stack 5, so that the following reaction takes place on the cathode side: O2 + 4H + + 4e _ -> 2H2O (reduction / electron absorption).
  • the anode compartments are connected via an anode supply line 22 to a fuel store 26 providing the fuel.
  • fuel that has not reacted to the anodes can be supplied again to the anode compartments.
  • the anode recirculation line 24 is assigned a recirculation blower (not shown in more detail) or is coupled into the anode recirculation line 24 by fluid mechanics.
  • a fuel actuator 23 is assigned to the anode supply line 22 or arranged in the anode supply line 22. This fuel actuator 23 is preferably formed as a pressure control valve.
  • a heat exchanger 25 in the form of a recuperator for (pre) heating or conditioning the fuel is arranged upstream of the pressure control valve.
  • a compressor 13 is present on the air or cathode side, which in the present case draws in and compresses ambient air.
  • the temperature of the drawn-in cathode gas rises, so that it is first led via a compressor line 18 to a charge air cooler 14 in order to cool it down again to a desired temperature.
  • Charge air cooler 14 the sucked, compressed cathode gas is fed to a humidifier 15.
  • the humidifier 15 the dry cathode gas is mixed with the moisture of the cathode exhaust gas, which is supplied to the humidifier 15 via a cathode exhaust gas line 17, and thus also humidified before it is supplied to the cathode spaces of the fuel cell stack 5 via the cathode supply line 16.
  • the humidifier 15 is connected to an exhaust gas line 19, via which the remaining cathode exhaust gas is discharged from the fuel cell system 1.
  • the navigation system 2 in the present case comprises a storage unit 10 in which a topographic map 20 is stored.
  • the storage unit 10 of the navigation system 2 is connected to a route determination device 3, as illustrated by the line shown in broken lines.
  • the route determination device 3 is designed to determine at least two travel routes 21 a, 21 b from a start position 27 to a destination position 28, which are composed of one or more route sections 29.
  • the route determination device 3 is designed to identify those route sections 291 along which the fuel cell is subject to an expected increased degradation effect.
  • the route determination device 3 is designed to determine an overall degree of degradation of the fuel cell for each of the determined routes 21 a, 21 b on the basis of the route sections 291 identified for the respective route 21 a, 21 b with the increased degradation effect of the fuel cell. Ultimately, the route determination device 3 is also designed to select that route 21 a, 21 b as an optimal route 30 which has the lowest overall degree of degradation of the fuel cell.
  • the navigation system 2 additionally has a data reception device 4, which is designed to receive weather data 11 from a data service 7 by means of a sensor 9, in particular in relation to the route section.
  • the data receiving device 4 has a GPS sensor 6. You are therefore also trained to position data 12, for example satellite-based by means of a satellite 31, in particular cut-related, received.
  • the sensor 9 and the data receiving device 4 can also be designed to receive data relating to the traffic situation and / or data relating to emissions, in particular relating to the route section.
  • the data received by the data reception device 4 can be transmitted to the route determination device 3 via a communication line.
  • the data received by the data receiving device 4 can also be supplied to the memory unit 10 via a data line and stored there, at least temporarily.
  • the data receiving device 4 can be designed to query a degree of degradation of the fuel cells from the fuel cell stack 5 in order to also take this into account when determining an optimal travel route 30.
  • the first route 21a comprises a total of six of the route sections 29, which are preferably equidistant.
  • the second route 21b comprises only five of the route sections 29, which are preferably also equidistant, so that it can be seen that the second route 21b is shorter than the first route 21a.
  • the route determination device 3 is designed to identify those route sections 291 along which the fuel cell is subject to an expected increased degradation effect. All other route sections 29 are therefore route sections 290 which produce little or no degradation effect in the fuel cell.
  • the route determination device 3 determines - after identification of the route sections 291 with an increased degradation effect - an overall degree of degradation for each of the determined travel routes 21 a, 21 b. This can be done in one simple exemplary embodiment is based only on the frequency of the route sections 291 with an increased degradation effect along the respective route 20a, 21b. The route determination device 3 will thus recognize in the example in FIG.
  • the route determination device 3 determines that a total of three of the route sections 291 are to be traversed along which the fuel cell is subject to the increased degradation effect.
  • a total degree of degradation along the second route 21b correlating with the frequency of the route sections 291 would thus correspond to a value number “3”.
  • the route determination device 3 will select the first route 21 a as the optimal route 30 since it has the lowest overall degree of degradation for the fuel cell.
  • the route determination device 3 is designed to additionally subdivide route sections 291 with an increased degradation effect into degrees of expression.
  • the route determination device 3 is designed to additionally subdivide route sections 291 with an increased degradation effect into degrees of expression.
  • the route determination device 3 is designed to additionally subdivide route sections 291 with an increased degradation effect into degrees of expression.
  • the route determination device 3 is designed to additionally subdivide route sections 291 with an increased degradation effect into degrees of expression.
  • only three of the degrees of expression are shown, a more detailed breakdown being possible, so that more than three but only two of the degrees of expression can also be present.
  • the first route 21a is divided into six of the route sections 29.
  • the second route 21b is in turn divided into five of the route sections 29.
  • the route 21a also has a total of two of the route sections 291 with an increased degradation effect.
  • the second route 21b likewise has three of the route sections 291 with increased degradation efficiency. fect.
  • the route sections 291 with an increased degrada- tion effect are now subdivided into degrees of expression, whereby when selecting the optimal route 30 those route sections 29 with a higher degree of expression are weighted more strongly than those route sections 29 with a lower degree of expression.
  • Such constellations can occur, for example, when a route section 29 comprises an increased gradient, which means an increased performance requirement for the fuel cell and at the same time there is an increased emission burden along this route section 29 due to a traffic jam. In this way, 29 different factors that influence the efficiency of the fuel cell can be taken into account along the same route sections.
  • a first route section 291 with an enhanced degrada- tion effect comprises a route section 2912 which has a medium degree of expression.
  • the first route 21a has a route section 291 with an increased degradation effect, which represents a route section 2913 with a high degree of expression.
  • the second route 21b has a total of three route sections 2911 which, although having an increased degradation effect, are present with a low or low degree of expression.
  • the route determination device 3 weights the route sections 2911 once, the route sections 2912 twice and the route sections 2913 three times. If the fluences of the route sections 291 are again used here to determine the overall degree of degradation, the individual route sections 291 with an increased degradation effect are therefore subject to weighting. Along the first route 21 a, the weighting results in the value number “5”. When determining the overall degree of degradation along the second route 21b, the value number “3” is obtained, so that the second route 21b from the route determination device 3 is now the optimal one Route 30 is selected. If, for example, the same number of values for the routes should result, the system can also classify the two routes according to further optimization criteria (for example time, route length, etc.) and select the optimal route.
  • further optimization criteria for example time, route length, etc.
  • Such a route selection and route calculation can prevent an increased aging of the fuel cell system 1.

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Abstract

Verfahren zur Ermittlung einer optimalen Fahrtroute (30) für ein Brennstoffzellenfahrzeug mit wenigstens einer Brennstoffzelle sowie mit einem Navigationssystem (2), umfassend: - Bereitstellen einer topografischen Karte (20), die mehrere Streckenabschnitte (29) umfasst, - Ermitteln von wenigstens zwei Fahrtrouten (21a, 21b) von einer Startposition (27) zu einer Zielposition (28), die aus einem oder aus mehreren der Streckenabschnitte (29) zusammengesetzt sind, - Identifizieren derjenigen Streckenabschnitte (291), entlang welchendie Brennstoffzelle einem erwarteten verstärktem Degradationseffekt unterliegt, - Ermitteln eines Gesamtdegradationsgrads der Brennstoffzelle für jededer ermittelten Fahrtrouten (21a, 21b) anhand der zur jeweiligen Fahrtroute (21a, 21b) identifizierten Streckenabschnitte (291) mit dem verstärkten Degradationseffekt der Brennstoffzelle, und - Auswahl derjenigen Fahrtroute (21a, 21b) als die optimale Fahrtroute (30), die den geringsten Gesamtdegradationsgrad der Brennstoffzelle aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Navigationssystem (1) und ein Brennstoff- zellenfahrzeug.

Description

Verfahren zur Ermittlung einer optimalen Fahrtroute,
Navigationssystem und Brennstoffzellenfahrzeug
BESCHREIBUNG:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer optimalen Fahrtroute für ein Brennstoffzellenfahrzeug mit wenigstens einer Brennstoffzelle sowie mit einem Navigationssystem, welches gemäß dem Oberbegriff des An- spruchs 1 die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellen einer topografischen Karte, die mehrere Streckenabschnitte umfasst,
- Ermitteln von wenigstens zwei Fahrtrouten von einer Startposition zu einer Zielposition, die aus einem oder aus mehreren der Streckenabschnitte zu- sammengesetzt sind.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Navigationssystem und ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einem solchen Navigationssystem.
Brennstoffzellensysteme, wie sie beispielsweise zum Betrieb von Kraftfahr- zeugen eingesetzt werden, sind wegen der damit verbundenen Leistungsan- forderung aus einer Mehrzahl von Brennstoffzellen aufgebaut, die in einem Brennstoffzellenstapel zusammengefasst sind. Jede einzelne Brennstoffzelle umfasst eine Membranelektrodenanordnung gebildet aus einer protonenlei- tenden Membran, auf deren einer Seite die Anode und auf deren anderer Seite die Kathode ausgebildet ist. Den Elektroden werden Reaktantengase zugeführt, nämlich anodenseitig insbesondere Wasserstoff und kathodensei- tig Sauerstoff bzw. ein sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere Luft. Bei der elektrochemischen Reaktion reagiert der Wasserstoff mit dem Sauerstoff der Luft unter Bildung von Wasser. Brennstoffzellen eines Brennstoffzellenfahrzeugs unterliegen aufgrund der gewählten Fahrtroute und aufgrund von der entlang dieser Route herrschen- den Umweltbedingungen unterschiedlichsten Leistungsanforderungen. Die deshalb häufig wechselnden Spannungsniveaus in der Zelle und/oder die sich häufig verändernde Abnahme eines Stroms von der Zelle können zu einer chemisch induzierten Degradation der Membran führen. Der Membran- elektrodenanordnung sind hoch aktive Katalysatoren zugeordnet wie zum Beispiel Platin. Ein möglicher Mechanismus einer solchen chemisch induzier- ten Degradation, der zu einem permanenten Leistungsverlust von Zellen des Brennstoffzellensystems führt, ist die Katalysatoroxidbildung auf der Katho- denseite der Membranelektrodenanordnung. Zudem wird auf die unter- schiedlichen Leistungsanforderungen entlang der Fahrtroute mit einer An- passung des Feuchteniveaus der Membran und/oder der Massenströme der Reaktantengase reagiert, so dass die Membran aufgrund der sich häufig verändernden Betriebsbedingungen außerdem einer mechanischen Degra- dation unterliegt.
Solche Degradationseffekte innerhalb der Brennstoffzelle führen zu einem unerwünschten Alterungsprozess.
In der die DE 20 2013 007 358 U1 ist ein elektronisches Inspektionssystem für ein Kraftfahrzeug beschrieben, welches ausgebildet ist, das Alter und die Laufleistung des Kraftfahrzeugs und insbesondere die Beanspruchung einer Fahrzeugkomponente zu ermitteln. Mittels einer Bestimmungsvorrichtung wird ein Verschleißmaß für die Fahrzeugkomponente für eine bisherige Le- bensdauer angezeigt. Hierbei können auch routenspezifische Verschleißbe- urteilungen verwendet werden, um zusammen mit einem Navigationsgerät eine verschleißarme Route zu ermitteln. Dieses Inspektionssystem setzt sich nicht mit einem Verschleiß oder mit den Degradationseffekten eines Brenn- stoffzellensystems auseinander.
In der DE 10 2008 063 088 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines in ei- nem Fahrzeug angeordneten Brennstoffzellensystems beschrieben, welches ein Steuergerät aufweist, das mit einer Navigationseinrichtung des Fahr- zeugs gekoppelt ist. Bei einer Fahrtzieleingabe kann die Navigationseinrich- tung selbsttätig die voraussichtliche Fahrzeit und den voraussichtlichen Fahrtendzeitpunkt berechnen, wobei das Brennstoffzellensystem eine ent- sprechend frühzeitige Abschaltprozedur initiiert, so dass das Abstellen des Brennstoffzellensystems nur geringe Zeit in Anspruch nimmt, nachdem das Fahrzeug abgestellt wurde.
In der DE 10 2013 105 505 A1 ist eine Navigationseinrichtung, ein Antriebs- system mit einer solchen und ein Verfahren zur Ermittlung einer Fahrtroute beschrieben. Der durch diese Druckschrift offenbarte Stand der Technik bil det den Merkmalsbestand der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Er- mittlung einer optimalen Fahrtroute, ein Navigationssystem und ein Brenn- stoffzellenfahrzeug mit einem solchen Navigationssystem bereitzustellen, die bei der Auswahl der optimalen Fahrtroute die Degradation oder die erwartete Degradation der Brennstoffzelle berücksichtigen.
Der das Verfahren betreffende Teil der Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen des Verfahrens sind in den abhängigen An- sprüchen angegeben.
Das Verfahren zeichnet sich insbesondere durch die folgenden Schritte aus:
- Identifizieren derjenigen Streckenabschnitte, entlang welchen die Brenn- stoffzelle einem erwarteten verstärktem Degradationseffekt unterliegt,
- Ermitteln eines Gesamtdegradationsgrads der Brennstoffzelle für jede der ermittelten Fahrtrouten anhand der zur jeweiligen Fahrtroute identifizierten Streckenabschnitte mit dem verstärkten Degradationseffekt der Brenn- stoffzelle, und
- Auswahl derjenigen Fahrtroute als die optimale Fahrtroute, die den ge- ringsten Gesamtdegradationsgrad der Brennstoffzelle aufweist. Mit dem Verfahren ist der Vorteil verbunden, dass einer erhöhten Alterung des Brennstoffzellensystems aufgrund einer ungünstigen Routenwahl vorge- beugt wird. Das Verfahren kann daher koexistieren neben anderen Optimie- rungszielen wie, „kürzeste Zeit“, „geringster Verbrauch“ oder„keine Auto- bahn“. Somit steht eine weitere Alternative, nämlich„geringe Brennstoffzel- lenalterung“, zur Verfügung, die vom Nutzer ausgewählt werden kann.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Streckenabschnitt dann als einer der Streckenabschnitte mit verstärktem Degradationseffekt klassifiziert, wenn dort ein erhöhter Le istungs bedarf der Brennstoffzelle zu erwarten ist. Ein solcher Leistungsbedarf liegt beispielsweise an einem Streckenabschnitt mit großer Steigung vor. Es ist daher von Vorteil, wenn eine Fahrtroute vor- geschlagen wird, die eine geringere Anzahl solcher Streckenabschnitte auf- weist, die einem erhöhten Leistungsbedarf der Brennstoffzelle unterliegen.
Alternativ oder ergänzend wird ein Streckenabschnitt dann als einer der Streckenabschnitte mit verstärktem Degradationseffekt klassifiziert, wenn dort eine erhöhte Emissionsbelastung zu erwarten ist. Es ist von Vorteil, sol- che Streckenabschnitte mit erhöhter Emissionsbelastung zu vermeiden, denn ein Brennstoffzellensystem mit einer Polymerelektrolytmembran- Brennstoffzelle nutzt Sauerstoff, insbesondere den in der Umgebungsluft enthaltenen Sauerstoff, um die elektrochemische Reaktion durchzuführen. Da aber in Gebieten mit hoher Emissionsbelastung, beispielsweise innerhalb von Städten oder innerhalb von Tunneln, die Luft einem erhöhten Ver- schmutzungsgrad unterliegt, führt dies zu einer Degradation der Brennstoff- zelle, die es zu vermeiden gilt.
Alternativ oder ergänzend wird ein Streckenabschnitt auch dann als einer der Streckenabschnitte mit verstärktem Degradationseffekt klassifiziert, wenn dort prognostizierte Wetterdaten negativ für den Betrieb der Brennstoffzelle sind. Wenn beispielsweise sehr hohe Außentemperaturen vorliegen, so ist eine Kühlung des Brennstoffzellensystems nur mit einer erhöhten Leistungs- anforderung zu bewerkstelligen, so dass beispielsweise Fahrten durch Stre- ckenabschnitte mit solchen erhöhten Temperaturen vermieden werden. Um- gekehrt gilt es auch Fahrten durch Gebiete zu vermeiden, die das Brenn- stoffzellensystem Frostbedingungen aussetzen.
Alternativ oder ergänzend kann auch dann ein Streckenabschnitt als einer der Streckenabschnitte mit verstärktem Degradationseffekt klassifiziert wer- den, wenn eine dort prognostizierte Verkehrslage negativ für den Betrieb der Brennstoffzelle ist. Auf einer stauträchtigen Route die Brennstoffzelle häufig im Leerlauf betrieben, was zu einer erhöhten Alterung oder zu einem ver- stärkten Degradationseffekt führt. Es wird daher ein Streckenabschnitt ge- wählt, der unter Umständen zwar zu einer längeren Fahrtroute führt, der aber eine geringere Alterung der Brennstoffzelle zur Folge hat.
Es ist von Vorteil, wenn der verstärkte Degradationseffekt in Ausprägungs- grade untergliedert wird, und wenn bei der Ermittlung des Gesamtdegradati- onsgrad diejenigen Streckenabschnitte mit verstärktem Degradationseffekt in einem höherem Ausprägungsgrad stärker gewichtet werden als diejenigen Streckenabschnitte mit einem verstärkten Degradationseffekt in einem nied- rigerem Ausprägungsgrad. Damit ist der Vorteil verbunden, dass unter- schiedliche Wertzahlen zur Verfügung gestellt sind, die den einzelnen Stre- ckenabschnitten mit verstärktem Degradationseffekt zugeordnet werden können. Es kann nämlich Vorkommen, dass ein Streckenabschnitt mit einem verstärkten Degradationseffekt aufgrund einer erhöhten Leistungsanforde- rung vorliegt, bei dem zusätzlich aber ein Stau aufgrund eines Unfalls be- steht, so dass dies zu einem verstärkten Degradationseffekt in einem erhöh- ten Ausprägungsgrad führt, der bei der Routenermittlung stärker zu gewich- ten ist als Streckenabschnitte, die beispielsweise lediglich durch einen Tun- nel führen, bei denen aber kein Stau vorliegt.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn bei besonders stark gealterten Brennstoffzellensystemen der Standardroutenvorschlag in Richtung alte- rungsarme Routen verschoben wird, um eine weitere Haltbarkeit des Brenn- stoffzellensystems sicherzustellen. In diesem Zusammenhang hat es sich als sinnvoll erwiesen, ein Degradationsmaß der Brennstoffzelle zu bestimmen, wobei die Ermittlung der optimalen Fahrtroute zusätzlich in Abhängigkeit die- ses Degradationsmaßes erfolgt.
Die das Navigationssystem betreffende Aufgabe wird mit einem Navigations- system mit dem Merkmalsbestand des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Aus- gestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen des Systems sind in dem abhängigen Anspruch angegeben.
Das Navigationssystem für ein wenigstens eine Brennstoffzelle aufweisen- des Brennstoffzellenfahrzeug umfasst insbesondere eine Speichereinheit, in welcher zumindest zeitweise eine mehrere Streckenabschnitte umfassende topografische Karte hinterlegbar oder hinterlegt ist. Zudem umfasst es eine Routenbestimmungseinrichtung, die ausgebildet ist, wenigstens zwei Fahrt- routen von einer Startposition zu einer Zielposition zu ermitteln, welche aus einem oder aus mehreren der Streckenabschnitte zusammengesetzt sind. Zudem ist die Routenbestimmungseinrichtung ausgebildet, diejenigen Stre- ckenabschnitte zu identifizieren, entlang welchen die Brennstoffzelle einem erwarteten verstärktem Degradationseffekt unterliegt. Die Routenbestim- mungseinrichtung ist außerdem ausgebildet, einen Gesamtdegradationsgrad der Brennstoffzelle für jede der ermittelten Fahrtrouten anhand der zur jewei- ligen Fahrtroute identifizierten Streckenabschnitte mit dem verstärkten De- gradationseffekt der Brennstoffzelle zu ermitteln. Letztlich ist die Routenbe- stimmungseinrichtung zudem ausgebildet, diejenige Fahrtroute als eine op- timale Fahrtroute auszuwählen, die den geringsten Gesamtdegradationsgrad der Brennstoffzelle aufweist.
Mit dem erfindungsgemäßen Navigationssystem ist also der Vorteil verbun- den, dass ein Nutzer eine weitere Auswahlmöglichkeit der Routenberech- nung hat, und dass der Routenvorschlag abhängig vom Alterungszustandes Brennstoffzellensystems ist. In diesem Zusammenhang ist es möglich eine kombinierte Berechnung des Brennstoffzellenalters und eines Batteriealters zu durchlaufen. Außerdem kann der Nutzer aktiv das Alterungsverhalten der Brennstoffzelle beeinflussen durch eine entsprechende Fahr- oder Betriebs weise. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine Datenempfangseinrichtung vorhanden ist zum streckenabschnittsbezogenen Empfang von Wetterdaten. Somit kann in der Ermittlung des Routenvor- schlags, mithin in der Ermittlung der optimalen Fahrtroute äußere Randbe- dingungen und Umwelteinflüsse berücksichtigt werden, die das Wetter, bei- spielsweise die Temperatur oder den Niederschlag oder den Luftdruck etc. berücksichtigen können.
Alternativ oder ergänzend ist die Datenempfangseinrichtung ausgebildet, um Daten zur Verkehrslage zu empfangen, so dass der Routenvorschlag stau- trächtige Fahrtrouten möglichst meidet, an welchen die Brennstoffzelle einem verstärktem Degradationseffekt unterliegt.
Zudem ist es von Vorteil, wenn das Navigationssystem, insbesondere des- sen Datenempfangseinrichtung, ausgebildet ist, Positionsdaten zur Bestim- mung der eigenen Position oder derjenigen von Drittfahrzeugen zu erfassen, um auf dieser Basis die optimale Fahrtroute auszuwählen.
Alternativ oder ergänzend ist die Datenempfangseinrichtung ebenfalls aus- gebildet, um Daten zur Emissionsbelastung an einem Streckenabschnitt zu empfangen, die dann in der Routenbestimmungseinrichtung Berücksichti- gung finden bei der Auswahl der optimalen Fahrtroute. Fahrten durch Gebie- te mit erhöhte Emissionsbelastung (NOx, HC, CO, et cetera) führen zu einer erhöhten Alterung der Brennstoffzelle und können dabei bei der Auswahl der optimalen Fahrtroute Berücksichtigung finden.
Die das Brennstoffzellenfahrzeug betreffende Aufgabe wird mit einem Brennstoffzellenfahrzeug mit dem Merkmalsbestand des Anspruchs 10 ge- löst. Es umfasst ein Brennstoffzellensystem, wie es vorstehend erläutert wurde sowie ein Navigationssystem zur Ermittlung einer optimalen Fahrtrou- te. Es zeichnet sich durch längere Wartungsintervalle aus aufgrund der ver- längerten Lebenskurve des Brennstoffzellensystems. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausfüh- rungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Navigationssystem und ein Brennstoffzellensystem eines
Brennstoffzellenfahrzeugs (schematisch gezeigt),
Fig. 2 eine topografische Karte mit zwei Fahrtrouten (schematisch ge- zeigt), und
Fig. 3 eine topografische Karte mit zwei Fahrtrouten (schematisch ge- zeigt).
In Figur 1 ist ein über eine Kommunikationsverbindung 8 mit einem Navigati- onssystem 2 verbundenes Brennstoffzellensystem 1 gezeigt, welches einen Brennstoffzellenstapel 5 umfasst, der eine Mehrzahl von in Reihe geschalte- ten Brennstoffzellen aufweist. Das Brennstoffzellensystem 1 und das Naviga- tionssystem 2 sind Teile eines nicht näher dargestellten Brennstoffzellen- fahrzeugs.
Jede der Brennstoffzellen umfasst eine Anode und eine Kathode sowie eine die Anode von der Kathode trennende protonenleitfähige Membran. Die Membran ist aus einem lonomer, vorzugsweise einem sulfonierten Tetrafluo- rethylen-Polymer (PTFE) oder einem Polymer der perfluorierten Sulfonsäure (PFSA) gebildet. Alternativ kann die Membran als eine Flydrocarbon- Membran gebildet sein.
Den Anoden und/oder den Kathode kann zusätzlich ein Katalysator beige- mischt sein, wobei die Membranen vorzugsweise auf ihrer ersten Seite und/oder auf ihrer zweiten Seite mit einer Katalysatorschicht aus einem Edelmetall oder aus Gemischen umfassend Edelmetalle wie Platin, Palladi um, Ruthenium oder dergleichen beschichtet sind, die als Reaktionsbe- schleuniger bei der Reaktion der jeweiligen Brennstoffzelle dienen. Über Anodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels 5 wird den Ano- den Brennstoff (z.B. Wasserstoff) zugeführt. In einer Polymerelektrolytmemb- ranbrennstoffzelle (PEM-Brennstoffzelle) werden an der Anode Brennstoff oder Brennstoffmoleküle in Protonen und Elektronen aufgespaltet. Die Membran lässt die Protonen (z.B. H+) hindurch, ist aber undurchlässig für die Elektronen (e-). An der Anode erfolgt dabei die folgende Reaktion: 2H2 -> 4H+ + 4e_ (Oxidation/Elektronenabgabe). Während die Protonen durch die Memb- ran zur Kathode hindurchtreten, werden die Elektronen über einen externen Stromkreis an die Kathode oder an einen Energiespeicher geleitet.
Über Kathodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels 5 kann den Ka- thoden Kathodengas (z.B. Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Luft) zuge- führt werden, so dass kathodenseitig die folgende Reaktion stattfindet: O2 + 4H+ + 4e_ -> 2H2O (Reduktion/Elektronenaufnahme).
Die Anodenräume sind vorliegend über eine Anodenzufuhrleitung 22 mit ei- nem den Brennstoff bereitstellenden Brennstoffspeicher 26 verbunden. Über eine Anodenrezirkulationsleitung 24 kann an den Anoden nicht abreagierter Brennstoff den Anodenräumen erneut zugeführt werden. Hierbei wird der Anodenrezirkulationsleitung 24 ein nicht näher dargestelltes Rezirkulations- gebläse zugeordnet bzw. fluidmechanisch in die Anodenrezirkulationsleitung 24 eingekoppelt. Zur Regelung der Zufuhr des Brennstoffes ist der Anoden- zufuhrleitung 22 ein Brennstoffstellglied 23 zugeordnet bzw. in der Anoden- zufuhrleitung 22 angeordnet. Dieses Brennstoffstellglied 23 ist vorzugsweise als ein Druckregelventil gebildet. Stromaufwärts des Druckregelventils ist ein Wärmetauscher 25 in Form eines Rekuperators zur (Vor-)Erwärmung oder Konditionierung des Brennstoffes angeordnet.
Luft- oder kathodenseitig ist ein Verdichter 13 vorhanden, der vorliegend Umgebungsluft ansaugt und verdichtet. Aufgrund dieser Verdichtung erhöht sich die Temperatur des angesaugten Kathodengases, so dass es über eine Verdichterleitung 18 zunächst an einen Ladeluftkühler 14 geleitet wird, um es wieder auf eine gewünschte Temperatur herunter zu kühlen. Ausgehend vom Ladeluftkühler 14 wird das angesaugte, komprimierte Kathodengas einem Befeuchter 15 zugeleitet. Im Befeuchter 15 wird das trockene Kathodenga- ses mit der Feuchtigkeit des Kathodenabgases, welches über eine Katho- denabgasleitung 17 dem Befeuchter 15 zugeführt wird, vermischt und damit ebenfalls befeuchtet, bevor es über die Kathodenzufuhrleitung 16 den Ka- thodenräumen des Brennstoffzellenstapels 5 zugeführt wird. Außerdem ist der Befeuchter 15 mit einer Abgasleitung 19 verbunden, über welche das verbleibende Kathodenabgas aus dem Brennstoffzellensystem 1 ausgeleitet wird.
Das Navigationssystem 2 umfasst vorliegend eine Speichereinheit 10, in der eine topografische Karte 20 hinterlegt ist. Die Speichereinheit 10 des Naviga- tionssystems 2 ist mit einer Routenbestimmungseinrichtung 3 verbunden, wie durch die gestrichelt dargestellte Linie illustriert ist. Die Routen bestim- mungseinrichtung 3 ist ausgebildet, wenigstens zwei Fahrtrouten 21 a, 21 b von einer Startposition 27 zu einer Zielposition 28 zu ermitteln, welche aus einem oder aus mehreren Streckenabschnitten 29 zusammengesetzt sind. Zudem ist die Routenbestimmungseinrichtung 3 ausgebildet, diejenigen Streckenabschnitte 291 zu identifizieren, entlang welchen die Brennstoffzelle einem erwarteten verstärktem Degradationseffekt unterliegt. Zusätzlich ist die Routenbestimmungseinrichtung 3 ausgebildet, einen Gesamtdegradati- onsgrad der Brennstoffzelle für jede der ermittelten Fahrtrouten 21 a, 21 b an- hand der zur jeweiligen Fahrtroute 21a, 21 b identifizierten Streckenabschnit- te 291 mit dem verstärkten Degradationseffekt der Brennstoffzelle zu ermit- teln. Letztlich ist die Routenbestimmungseinrichtung 3 auch ausgebildet, die- jenige Fahrtroute 21 a, 21 b als eine optimale Fahrtroute 30 auszuwählen, die den geringsten Gesamtdegradationsgrad der Brennstoffzelle aufweist.
Vorliegend weist das Navigationssystem 2 zusätzlich eine Datenempfangs- einrichtung 4 auf, die ausgebildet ist, Wetterdaten 11 eines Datendienstes 7 mittels eines Sensors 9, insbesondere streckenabschnittsbezogen, zu emp- fangen. Zudem weist die Datenempfangseinrichtung 4 einen GPS-Sensor 6 auf. Sie deshalb außerdem ausgebildet, Positionsdaten 12, beispielsweise satellitengestützt mittels eines Satelliten 31 , insbesondere streckenab- schnittsbezogenen, zu empfangen. Der Sensor 9 und die Datenempfangs- einrichtung 4 können zudem ausgebildet sein, Daten zur Verkehrslage und/oder Daten zur Emissionsbelastung, insbesondere streckenabschnitts- bezogen, zu empfangen. Die von der Datenempfangseinrichtung 4 empfan- genen Daten können über eine Kommunikationsleitung an die Routenbe- stimmungseinrichtung 3 übermittelt werden. Alternativ oder ergänzend kön- nen die von der Datenempfangseinrichtung 4 empfangenen Daten auch über eine Datenleitung der Speichereinheit 10 zugeführt werden und dort, zumin- dest zeitweise, hinterlegt werden. Alternativ oder ergänzend kann die Daten- empfangseinrichtung 4 ausgebildet sein, um von dem Brennstoffzellenstapel 5 ein Degradationsmaß der Brennstoffzellen abzufragen, um dieses bei der Ermittlung einer optimalen Fahrtroute 30 ebenfalls zu berücksichtigen.
Anhand der Figuren 2 und 3 sei ein Verfahren zur Ermittlung einer optimalen Fahrtroute 30 für ein Brennstoffzellenfahrzeug mit wenigstens einer Brenn- stoffzelle sowie mit dem Navigationssystem 2 erläutert.
In beiden Figuren sind - schematisch - zwei Fahrtrouten 21 a, 21 b gezeigt, die eine Startposition 27 mit einer Zielposition 28 verbinden. Die erste Fahrt- route 21 a umfasst dabei vorliegend insgesamt sechs der Streckenabschnitte 29, die vorzugsweise äquidistant sind. Die zweite Fahrtroute 21 b umfasst demgegenüber lediglich fünf der Streckenabschnitte 29, die vorzugsweise ebenfalls äquidistant sind, so dass zu erkennen ist, dass die zweite Fahrtrou- te 21 b kürzer ist als die erste Fahrtroute 21 a.
Die Routenbestimmungseinrichtung 3 ist aufgrund ihrer Eigenschaft als Pro- zessor, als CPU oder als Mikroprozessor ausgebildet, diejenigen Strecken- abschnitte 291 zu identifizieren, entlang welchen die Brennstoffzelle einem erwarteten verstärktem Degradationseffekt unterliegt. Alle anderen Stre- ckenabschnitte 29 sind also Streckenabschnitte 290, die einen geringen oder keinen Degradationseffekt bei der Brennstoffzelle hervorrufen. Die Routen- bestimmungseinrichtung 3 ermittelt - nach Identifizierung der Streckenab- schnitte 291 mit verstärktem Degradationseffekt - einen Gesamtdegradati- onsgrad für jede der ermittelten Fahrtrouten 21 a, 21 b. Dies kann in einem einfachen Ausführungsbeispiel lediglich anhand der Häufigkeit der Strecken- abschnitte 291 mit verstärktem Degradationseffekt entlang der jeweiligen Fahrtroute 20a, 21 b erfolgen. Die Routenbestimmungseinrichtung 3 wird also im Beispiel der Figur 2 erkennen, dass das Brennstoffzellenfahrzeug entlang der Fahrtroute 21 a insgesamt zweimal einen Streckenabschnitt 291 durch- queren wird, entlang welchem die Brennstoffzelle einem verstärkten Degra- dationseffekt unterliegt. Ein mit der Häufigkeit der Streckenabschnitte 291 korrelierender Gesamtdegradationsgrad entlang der ersten Fahrtroute 21 a entspräche einem einfachen Ausführungsbeispiel also einer Wertzahl „2“. Würde das Brennstoffzellenfahrzeug demgegenüber entlang der Fahrtroute 21 b fahren, so stellt die Routenbestimmungseinrichtung 3 fest, dass insge- samt drei der Streckenabschnitte 291 zu durchqueren sind, entlang denen die Brennstoffzelle dem verstärkten Degradationseffekt unterliegt. Ein mit der Häufigkeit der Streckenabschnitte 291 korrelierender Gesamtdegradations- grad entlang der zweiten Fahrtroute 21 b würde also einer Wertzahl„3“ ent- sprechen. Auf dieser Grundlage der Häufigkeitsverteilung der Streckenab- schnitte 291 mit verstärktem Degradationseffekt wird die Routen bestim- mungseinrichtung 3 die erste Fahrtroute 21 a als die optimale Fahrtroute 30 auswählen, da sie den geringsten Gesamtdegradationsgrad für die Brenn- stoffzelle aufweist.
Anders verhält es sich allerdings, wenn die Routenbestimmungseinrichtung 3 ausgebildet ist, Streckenabschnitte 291 mit verstärktem Degradationseffekt zusätzlich in Ausprägungsgrade zu untergliedern. Im gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel sind lediglich drei der Ausprägungsgrade gezeigt, wobei eine feinere Untergliederung möglich ist, so dass auch mehr als drei, aber auch lediglich zwei der Ausprägungsgrade vorhanden sein können.
In Figur 3 ist - wie in Figur 2 - die erste Fahrtroute 21 a in sechs der Stre- ckenabschnitte 29 untergliedert. Die zweite Fahrtroute 21 b ist wiederum in fünf der Streckenabschnitte 29 untergliedert. Wie im Beispiel zuvor hat auch die Fahrtroute 21a insgesamt zwei der Streckenabschnitte 291 mit einem verstärkten Degradationseffekt. Die zweite Fahrtroute 21 b hat ebenfalls wie- der drei der Streckenabschnitte 291 mit einem verstärkten Degradationsef- fekt. Allerdings sind die Streckenabschnitte 291 mit verstärktem Degrada- tionseffekt nunmehr in Ausprägungsgrade untergliedert, wobei bei der Aus- wahl der optimalen Fahrtroute 30 diejenigen Streckenabschnitte 29 mit ei- nem höheren Ausprägungsgrad stärker gewichtet werden als diejenigen Streckenabschnitte 29 mit einem niedrigeren Ausprägungsgrad. Solche Konstellationen können beispielsweise eintreten, wenn ein Streckenabschnit- ten 29 eine erhöhte Steigung umfasst, die eine erhöhte Leistungsanforde- rung für die Brennstoffzelle bedeutet und zugleich eine erhöhte Emissionsbe- lastung entlang dieses Streckenabschnitts 29 aufgrund eines Verkehrsstaus vorliegt. Auf diese Weise lassen sich entlang der gleichen Streckenabschnit- te 29 unterschiedliche Faktoren berücksichtigen, die die Effizienz der Brenn- stoffzelle beeinflussen.
Hinsichtlich der ersten Fahrtroute 21 a erkennt die Routenbestimmungsein- richtung 3, dass ein erster Streckenabschnitt 291 mit verstärktem Degrada- tionseffekt einen Streckenabschnitt 2912 umfasst, der einen mittleren Aus- prägungsgrad besitzt. Zudem weist die erste Fahrtroute 21a einen Strecken- abschnitt 291 mit einem verstärkten Degradationseffekt auf, der ein Stre- ckenabschnitt 2913 mit einem hohem Ausprägungsgrad darstellt. Demge- genüber weist im gezeigten Beispiel die zweite Fahrtroute 21 b insgesamt drei Streckenabschnitte 2911 auf, die zwar einen verstärkten Degradations- effekt aufweisen, der aber in einem geringem oder niedrigen Ausprägungs- grad vorliegt.
In einem einfachen Beispiel gewichtet die Routenbestimmungseinrichtung 3 die Streckenabschnitte 2911 einfach, die Streckenabschnitte 2912 zweifach und die Streckenabschnitte 2913 dreifach. Wenn auch hier wieder die Fläu- figkeiten der Streckenabschnite 291 zur Ermittlung des Gesamtdegrations- grades herangezogen werden, so unterliegen die einzelnen Streckenab- schnitte 291 mit verstärktem Degradationseffekt also einer Gewichtung. Ent- lang der ersten Fahrtroute 21 a ergibt sich aufgrund dieser Gewichtung die Wertzahl„5“. Bei der Ermittlung des Gesamtdegradationsgrads entlang der zweiten Fahrtroute 21 b ergibt sich die Wertzahl„3“, so dass die zweite Fahrt- route 21 b von der Routenbestimmungseinrichtung 3 nun als die optimale Route 30 ausgewählt wird. Sollte sich aber beispielsweise die gleiche Wert- zahl für die Routen ergeben, so kann das System auch die beiden Routen nach weiteren Optimierungskriterien klassifizieren (bspw. Zeit, Streckenlän- ge, et cetera) und die dann optimale Route wählen.
Durch eine derartige Routenwahl und Routenberechnung kann einer erhöh- ten Alterung des Brennstoffzellensystems 1 vorgebeugt werden.
BEZUGSZEICHENLISTE:
1 Brennstoffzellensystem
2 Navigationssystem
3 Routenbestimmungseinrichtung
4 Datenempfangseinrichtung
5 Brennstoffzellenstapel
6 GPS-Sensor
7 Datendienst
8 Kommunikationsverbindung
9 Sensor
10 Speichereinheit
11 Wetterdaten
12 Positionsdaten
13 Verdichter
14 Ladeluftkühler
15 Befeuchter
16 Kathodenzufuhrleitung
17 Kathodenabgasleitung
18 Verdichterleitung
19 Abgasleitung
20 topografische Karte
21 a (erste) Fahrtroute
21 b (zweite) Fahrtroute
22 Anodenzufuhrleitung
23 Brennstoffstellglied
24 Anodenrezirkulationsleitung
25 Wärmetauscher
26 Brennstoffspeicher
27 Startposition
28 Zielposition
29 Streckenabschnitt
30 optimale Fahrtroute
31 Satellit 290 Streckenabschnitt mit keinem oder geringem Degradationseffekt
291 Streckenabschnitt mit einem verstärkten Degradationseffekt
2910 Streckenabschnitt mit keinem oder geringem Degradationseffekt
2911 Streckenabschnitt mit einem verstärkten Degradationseffekt mit einem geringem Ausprägungsgrad
2912 Streckenabschnitt mit einem verstärkten Degradationseffekt mit einem mittlerem Ausprägungsgrad
2913 Streckenabschnitt mit einem verstärkten Degradationseffekt mit einem hohem Ausprägungsgrad

Claims

ANSPRÜCHE:
1 Verfahren zur Ermittlung einer optimalen Fahrtroute (30) für ein
Brennstoffzellenfahrzeug mit wenigstens einer Brennstoffzelle sowie mit einem Navigationssystem (2), umfassend:
Bereitstellen einer topografischen Karte (20), die mehrere Stre- ckenabschnitte (29) umfasst,
Ermitteln von wenigstens zwei Fahrtrouten (21 a, 21 b) von einer Startposition (27) zu einer Zielposition (28), die aus einem oder aus mehreren der Streckenabschnitte (29) zusammengesetzt sind,
gekennzeichnet durch
Identifizieren derjenigen Streckenabschnitte (291 ), entlang wel- chen die Brennstoffzelle einem erwarteten verstärktem Degrada- tionseffekt unterliegt,
Ermitteln eines Gesamtdegradationsgrads der Brennstoffzelle für jede der ermittelten Fahrtrouten (21 a, 21 b) anhand der zur jeweili- gen Fahrtroute (21 a, 21 b) identifizierten Streckenabschnitte (291 ) mit dem verstärkten Degradationseffekt der Brennstoffzelle, und Auswahl derjenigen Fahrtroute (21 a, 21 b) als die optimale Fahrt- route (30), die den geringsten Gesamtdegradationsgrad der Brennstoffzelle aufweist.
2 Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Stre- ckenabschnitt (29) dann als einer der Streckenabschnitte (291 ) mit verstärktem Degradationseffekt klassifiziert wird, wenn dort ein erhöh- ter Leistungsbedarf der Brennstoffzelle zu erwarten ist.
3 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streckenabschnitt (29) dann als einer der Streckenabschnitte (291 ) mit verstärktem Degradationseffekt klassifiziert wird, wenn dort eine erhöhte Emissionsbelastung zu erwarten ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich- net, dass ein Streckenabschnitt (29) dann als einer der Streckenab- schnitte (291 ) mit verstärktem Degradationseffekt klassifiziert wird, wenn dort prognostizierte Wetterdaten (11 ) negativ für den Betrieb der Brennstoffzelle sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich- net, dass ein Streckenabschnitt (29) dann als einer der Streckenab- schnitte (291 ) mit verstärktem Degradationseffekt klassifiziert wird, wenn eine dort prognostizierte Verkehrslage negativ für den Betrieb der Brennstoffzelle ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich- net, dass der verstärkte Degradationseffekt in Ausprägungsgrade un- tergliedert wird, und dass bei der Ermittlung des Gesamtdegradati- onsgrades diejenigen Streckenabschnitte (2912;2913) mit verstärktem Degradationseffekt in einem höherem Ausprägungsgrad stärker ge- wichtet werden als diejenigen Streckenabschnitte (2910;2911 ) mit verstärktem Degradationseffekt in einem niedrigerem Ausprägungs- grad.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich- net, dass ein Degradationsmaß der Brennstoffzelle bestimmt wird, und dass die Ermittlung der optimalen Fahrtroute (30) zusätzlich in Abhän- gigkeit dieses Degradationsmaßes erfolgt.
8. Navigationssystem (2) für ein wenigstens eine Brennstoffzelle aufwei- sendes Brennstoffzellenfahrzeug, mit einer Speichereinheit (10), in welcher zumindest zeitweise eine mehrere Streckenabschnitte (29) umfassende topografische Karte (20) hinterlegt oder hinterlegbar ist, und mit einer Routenbestimmungseinrichtung (3), die ausgebildet ist, wenigstens zwei Fahrtrouten (21 a, 21 b) von einer Startposition (27) zu einer Zielposition (28) zu ermitteln, welche aus einem oder aus mehre- ren der Streckenabschnitte (29) zusammengesetzt sind, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Routenbestimmungseinrichtung (3) ausgebil- det ist,
diejenigen Streckenabschnitte (291 ) zu identifizieren, entlang wel- chen die Brennstoffzelle einem erwarteten verstärktem Degrada- tionseffekt unterliegt,
einen Gesamtdegradationsgrad der Brennstoffzelle für jede der ermittelten Fahrtrouten (21 a, 21 b) anhand der zur jeweiligen Fahrtroute (21 a, 21 b) identifizierten Streckenabschnitte (291 ) mit dem verstärkten Degradationseffekt der Brennstoffzelle zu ermit- teln, und
diejenige Fahrtroute (21 a, 21 b) als eine optimale Fahrtroute (30) auszuwählen, die den geringsten Gesamtdegradationsgrad der Brennstoffzelle aufweist.
9. Navigationssystem (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenempfangseinrichtung (4) vorhanden ist zum strecken- abschnittsbezogenen Empfang von Wetterdaten (11 ) und/oder von Daten zur Verkehrslage und/oder von Positionsdaten (12) und/oder von Daten zur Emissionsbelastung.
10. Brennstoffzellenfahrzeug mit einem wenigstens eine Brennstoffzelle umfassenden Brennstoffzellensystem (1 ) und mit einem Navigations- system (2) nach Anspruch 8 oder 9.
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