WO2023078908A1 - Brennstoffzellensystem zum antrieb eines fahrzeugs, fahrzeug mit selbigem, und verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

Brennstoffzellensystem zum antrieb eines fahrzeugs, fahrzeug mit selbigem, und verfahren zu dessen betrieb Download PDF

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WO2023078908A1 PCT/EP2022/080521 EP2022080521W WO2023078908A1 WO 2023078908 A1 WO2023078908 A1 WO 2023078908A1 EP 2022080521 W EP2022080521 W EP 2022080521W WO 2023078908 A1 WO2023078908 A1 WO 2023078908A1
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compressor
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Janik RICKE
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Zf Cv Systems Global Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system for driving a vehicle, in particular commercial vehicles, the vehicle having a compressed air supply, and the fuel cell system having a compressor, in particular a turbo compressor, for supplying air to a fuel cell on the cathode side, the compressor having an aerostatically supported bearing arrangement, the bearing arrangement has a compressed air interface, which is set up to be fluidly connected to a compressed air supply of the vehicle for aerostatic support, and a fuel cell controller, which is set up to control the compressor depending on an electrical power of the fuel cell system to be provided.
  • Fuel cells of the type described above are known.
  • Fuel cell systems play a prominent role here.
  • fuel cell systems In hydrogen-operated fuel cell systems, it is necessary to supply oxygen to the fuel cell on the cathode side, mostly in the form of pressurized air.
  • Fuel cell systems are known in which the air supply on the cathode side is taken over by a compressor, in particular a turbo compressor.
  • the compressors commonly used have a rotor shaft that is driven by an electric motor.
  • the rotor shafts in the compressors of such systems achieve very high speeds, so that the bearing of the rotor shafts is of central importance.
  • Air bearings with aerodynamic air bearings have prevailed, which form a constant circumferential air gap when they reach their bearing-specific lift-off speed and thus put themselves in a state of levitation.
  • the advantage of such air bearings is extremely low friction above the lift-off speed.
  • the air bearings are among the most sensitive parts of a compressor in fuel cell systems. If the rotating parts, preferably the rotor shaft or rotating parts connected to it, such as rotating bearing shells, touch parts that are in operation, such as stationary bearing shells, sliding friction occurs and thus wear, for example in the bearings. Since the optimum air supply to the fuel cell can no longer be guaranteed when the bearings are worn in extreme situations, the bearings must be replaced or serviced in good time, so that the life expectancy of a bearing is a determining factor for the length of the maintenance intervals for the compressor and thus for the fuel cell systems. Known fuel cell systems use bearings with a service life of approximately 8,000 to 9,000 operating hours.
  • the bearing assemblies In order to improve the service life, it has been proposed to provide the bearing assemblies with aerostatic support. In this case, compressed air is blown into the bearing gap, for example, in order to create an aerostatic cushion for the bearing assemblies, which reduces wear as a result of friction. Once the lift-off speed has been reached, the bearing arrangements can then remain essentially friction-free.
  • the invention was based on the object of improving the fuel cell systems of the type described at the outset such that the susceptibility to wear of the fuel cell system is further reduced, in particular without adversely affecting the operating behavior of the commercial vehicle.
  • the invention solves the task on which it is based in a fuel cell system of the type described at the outset, in that the vehicle has a measuring device for determining the air pressure of the compressed air supply, and the fuel cell controller can be connected to the measuring device in a signal-conducting manner and is set up to activate the compressor when a start request for the fuel cell system is received depending on the air pressure of the compressed air supply.
  • the invention follows the approach that, for safety reasons, commercial vehicles already have means with which sufficient air pressure to achieve operational safety can be (re)established in the compressed air supply. If the air pressure in the commercial vehicle has dropped, for example due to a long standstill, the commercial vehicles are usually set up to automatically restore sufficient pressure, or at least to issue a warning about insufficient air pressure in the compressed air supply.
  • the known commercial vehicles usually have a measuring device for determining the air pressure in the compressed air supply.
  • the invention makes the actuation of the fuel cell by means of the fuel cell controller dependent on the air pressure present in the compressed air supply.
  • the signal-conducting connection between the measuring device and the fuel cell controller allows the fuel cell controller to start the compressor and, upstream, to start the aerostatic support for the bearing arrangement, only when sufficient air pressure is provided by the compressed air supply of the vehicle for this function can be.
  • the fuel cell system can start the compressor and thus the operation of the fuel cell immediately.
  • the invention is advantageously further developed in that the fuel cell system has a controllable shut-off element, which is assigned to the compressed air interface and set up to selectively provide aerostatic support to block and release, the fuel cell controller being set up to start the aerostatic support by activating the shut-off element as soon as the air pressure of the compressed air supply reaches or exceeds a predetermined threshold value.
  • the shut-off element is preferably arranged in an air bearing flow path between the compressed air supply on the one hand and a bearing gap of the bearing arrangement on the other hand.
  • the shut-off device can be integrated into the fuel cell system, connected to it or integrated into (or connected to) the brake system.
  • the fuel cell controller is set up to start the compressor after the aerostatic support has been enabled. This ensures a time delay in starting the compressor, which further promotes the reduction in wear because it gives the aerostatic support more time to build up a sufficient air cushion in the bearing arrangement. A delay in the range of a few seconds is preferably provided for this, for example in a range of up to 20 seconds.
  • the fuel cell control is set up to prevent the compressor from starting as long as the aerostatic support is blocked. This ensures that the compressor does not start up unintentionally without aerostatic support.
  • the fuel cell controller is set up to release the aerostatic support and/or to start the compressor as soon as the air pressure of the compressed air supply reaches or exceeds a predetermined threshold value.
  • the threshold value is preferably 4.0 bar or above, more preferably 5.0 bar or above, even more preferably 7.0 bar or above, and particularly preferably 8.0 bar or above.
  • the fuel cell system is preferably provided for a commercial vehicle which, for safe operation, requires an operating pressure in the compressed air supply, with the threshold value described above preferably being below the operating pressure. This ensures that the activation of the fuel cell control is initiated with a delay, but still sufficiently in time before the operating pressure is reached by the compressed air supply of the commercial vehicle.
  • the fuel cell controller is preferably set up to set the threshold value using external data.
  • the fuel cell controller preferably has a data interface that can be connected to a communication network of the vehicle in order to enable external data input by means of user input or via other electronic control devices inside the vehicle.
  • the fuel cell control can be set individually to the compressor that is working together with it. Compressors with different dimensions can be used, especially in systems that are fitted by the customer using system integration from components from different manufacturers, or in modular building block systems.
  • the air pressure required for aerostatic support depends on the weight of the masses rotating in the compressor, in particular the compressor shaft, and the resulting critical lift-off speed.
  • the commercial vehicle is equipped with an electrical storage device for supplying energy to the compressed air supply, with the electrical storage device preferably having a high-voltage battery.
  • the fuel cell system is preferably set up to supply the electrical energy generated to the electrical storage device. More preferably, the fuel cell controller is set up to determine a charge level of the electrical storage device and to start the compressor of the fuel cell in an emergency power operating mode as soon as the charge level reaches or reaches a predetermined limit value falls below, especially regardless of the shut-off device.
  • This embodiment ensures that the vehicle can reliably start operation, for example after a particularly long period of standstill. In the event of a start request for the fuel cell system, according to the invention it should first be ensured that the compressed air supply has sufficient air pressure.
  • the vehicle's compressed air supply is supplied by the electrical storage unit.
  • the embodiment described above comes into play when, due to the long service life or other effects, there is no longer enough charge in the electrical storage device to raise the air pressure in the compressed air supply to a value sufficient for the operation of the compressor and thus the fuel cell system.
  • the amount of charge in such scenarios is so small that the electrical storage device is exhausted before the air pressure in the compressed air supply reaches the threshold value for starting the aerostatic support or the compressor.
  • the fuel cell control can start the compressor despite the lack of aerostatic support and drive the fuel cell in order to supply energy to the electrical storage device in the emergency power operating mode.
  • the fuel cell controller is set up to actuate the shut-off element to release the aerostatic support in the emergency power operating mode, in particular independently of the air pressure of the compressed air supply.
  • This embodiment is based on the assumption that the amount of air required for aerostatic support is comparatively small. Diversion of pressurized air to supply the aerostatic assist bearing assembly does not adversely affect inflation of the vehicle's pressurized air supply. In many cases, a weak aerostatic support is still better than no support at all, so that in the emergency power operating mode the fuel cell control with the above-described control of the Shut-off device in the respective situation still allows the best possible support for the bearing arrangement of the compressor and thus the best possible reduction in wear in the given situation.
  • the fuel cell controller is set up to end the emergency power operating mode as soon as the state of charge exceeds the limit value. This minimizes the time the compressor has to run with insufficient or no aerostatic support.
  • the compressor and the fuel cell system can be shut down if the charge level of the electrical storage device exceeds the limit value because the charge level ensures that the air pressure in the compressed air supply is raised sufficiently. Only when this is ensured is the aerostatic support, and consequently the compressor, restarted without wear.
  • the compressor of the fuel cell system is a first compressor
  • the compressed air supply has a second compressor
  • the fuel cell controller being set up to control the second compressor in such a way that pressurized air is supplied to the compressed air supply when the air pressure in the compressed air supply is below the threshold for aerostatic assistance.
  • the second compressor is not actuated directly via the fuel cell controller, but rather via a vehicle-internal control unit, for example a brake control unit.
  • the fuel cell controller is preferably set up to communicate with the responsible control unit in a signal-conducting manner in order to trigger the actuation of the second compressor.
  • the fuel cell controller is preferably set up to control the second compressor in such a way that a predetermined operating pressure is set in the compressed air supply, the threshold value for the aerostatic support and/or for controlling the compressor is less than or equal to the operating pressure in the compressed air supply, preferably below the operating pressure in the compressed air supply.
  • This gradation of threshold value and operating pressure ensures that when the operating pressure is reached, the compressor of the fuel cell system, and with it the fuel cell system itself, are ready for operation, so that the vehicle can start driving immediately when the operating pressure required for operational safety is reached.
  • the second compressor has a dedicated controller that is set up to control the second compressor to automatically supply air to the compressed air supply when the pressure in it falls below a predetermined value, for example below the threshold value or another value, for example in falls in the range of 8.0 bar to 8.5 bar.
  • a predetermined value for example below the threshold value or another value, for example in falls in the range of 8.0 bar to 8.5 bar.
  • the compressed air supply has a compressed air tank, and the compressed air interface of the bearing arrangement can be connected in a fluid-conducting manner to the compressed air interface of the bearing arrangement.
  • the measuring device preferably has a pressure sensor which is set up to detect an air pressure in the compressed air supply, the compressed air tank is operatively connected to the pressure sensor, and the fuel cell controller preferably has a data interface for the signal-conducting connection to the pressure sensor, preferably a bus interface, in particular a CAN bus interface. Via such an interface, the fuel cell controller can access pressure sensors that are already present in the vehicle system and, according to the invention, represent the measuring device.
  • the invention has been described above in a first aspect with reference to a fuel cell system which is designed to be installed in a vehicle.
  • the invention also relates to a vehicle, in particular a commercial vehicle, with a compressed air supply and a fuel cell system.
  • the invention solves the problem described at the outset by proposing a fuel cell system according to one of the preferred embodiments described above, the fuel cell system having in particular a compressor, in particular a turbo compressor, for supplying air to a fuel cell on the cathode side, the compressor having an aerostatically supported bearing arrangement , wherein the bearing arrangement has a compressed air interface, which is fluidly connected to the compressed air supply for aerostatic support, and a fuel cell controller, which is set up to control the compressor depending on an electrical power of the fuel cell system to be provided, wherein the vehicle has a measuring device for determining an air pressure of the Having compressed air supply, and the fuel cell controller is connected to the measuring device in a signal-conducting manner and is set up to control the compressor depending on the air pressure of the compressed air supply upon receipt of a start request for the fuel cell system.
  • the vehicle according to the invention utilizes the same advantages and has the same preferred embodiments as the fuel cell system according to the first aspect of the invention.
  • the preferred embodiments of the fuel cell system are thus at the same time preferred embodiments of the vehicle and vice versa, which is why reference is made to the above explanations to avoid repetition.
  • the vehicle according to the invention is developed particularly advantageously in that the compressor of the fuel cell system is a first compressor and the vehicle has a second compressor which is set up to supply pressurized air to the compressed air supply, the compressed air supply being set up to increase the air pressure of the compressed air supply by means of the adjust the second compressor to a predetermined operating pressure.
  • the vehicle preferably has a controllable shut-off element, which is assigned to the compressed air interface and is set up to selectively block and release the aerostatic support, the fuel cell controller being set up to start the aerostatic support by actuating the shut-off element as soon as the air pressure of the compressed air supply reaches or exceeds a predetermined threshold value, the threshold value for the aerostatic support and/or for the actuation of the first compressor being less than or equal to the operating pressure, and preferably being below the operating pressure.
  • the invention relates to a method for operating a fuel cell system for driving a vehicle, in particular a fuel cell system of the type described initially, the vehicle being in particular a vehicle according to the second aspect described above.
  • the fuel cell system is preferably a fuel cell system according to the first aspect described above.
  • the method solves the task described at the outset by comprising the steps:
  • the method makes use of the same advantages and preferred embodiments as the fuel cell system according to the first aspect and/or the vehicle according to the second aspect.
  • Preferred embodiments of the first two aspects are at the same time preferred embodiments of the method and vice versa, which is why reference is also made to the above statements.
  • the method is preferably further developed by one, several or all of the following steps:
  • the threshold value preferably being 4.0 bar or above, preferably 5.0 bar or above, more preferably 7.0 bar or above, and particularly preferably at 8.0 bar or above;
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle with a fuel cell system according to a preferred exemplary embodiment
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the method according to the invention
  • FIG. 3 shows an optional detailed design for the method according to FIG.
  • the 1 shows a commercial vehicle 1 which has a fuel cell system 3 and an electrical storage device 5, preferably in the form of a high-voltage battery.
  • the fuel cell system 3 is set up to supply electrical energy to the electrical storage device 5 at an electrical power P ei .
  • the vehicle 1 also has an electronic braking system (EBS) 7 which is set up to control the components of the braking system by means of electronic commands and to execute the braking commands necessary for the operation of the vehicle 1 .
  • EBS electronic braking system
  • the fuel cell system 3 has a fuel cell controller 9 which is set up to control the fuel cell system 3 .
  • the fuel cell controller 9 has a data interface 11 for receiving control commands and/or external data.
  • the fuel cell system 3 also includes a first compressor 13, in particular a turbo compressor, for supplying air to a fuel cell (not shown) on the cathode side.
  • the first compressor 13 has a bearing arrangement 15 .
  • the bearing arrangement 15 has in particular one or more air bearings which are set up to ensure contact-free mounting of the rotating masses of the first compressor 13 when a specific lift-off speed is reached.
  • the bearing arrangement 15 has a compressed air interface 17 via which pressurized air can be introduced into the bearing arrangement 15 .
  • the vehicle 1 also has a compressed air supply 19 .
  • the compressed air supply 19 includes a second compressor 21 which is set up to draw in ambient air, to compress it and to make the compressed air available to a number of compressed air tanks 23 .
  • an air treatment device 25 is interposed between the compressed air tank 23 and the second compressor 21, which preferably includes an air dryer.
  • the compressed compressed air is preferably distributed to the number of compressed air tanks 23 by means of one or more multi-circuit protection valves 27 . At least one of the compressed air tanks 23 is connected to the compressed air interface 17 of the bearing arrangement 15 of the first compressor 13 in a fluid-conducting manner. In multi-circuit systems, for example, this is the compressed air tank of the so-called fourth circuit.
  • a shut-off element 31 is arranged in a flow path 29 which extends between the compressed air tank 23 and the first compressor 13 . The shut-off element 31 is set up to close the flow path 29 in a blocked state and to open it in a released state, so that pressurized air is conveyed from the compressed air tank 23 to the compressed air interface 17 of the bearing arrangement 15 .
  • the shut-off element 31 is designed, for example, as a multi-way valve, preferably as a 2/2-way valve.
  • the shut-off element 31 is connected to the fuel cell controller 9 in a signal-conducting manner, and the fuel cell controller 9 is set up to move the shut-off element 31 selectively into the release state or blocking state.
  • the vehicle 1 also has a measuring device 33 which preferably includes a pressure sensor 35 .
  • the measuring device 33 is connected in a signal-conducting manner to one, several or all of the compressed air tanks 23 and is set up to determine the pressure prevailing in the compressed air supply 19 downstream of the second compressor 21 , in particular in the compressed air tank(s) 23 .
  • the measuring device 33 is also connected to the fuel cell controller 9 in a signal-conducting manner, for example via a bus connection such as a CAN bus connection, and is set up to transmit signals to the fuel cell controller 9 which are representative of the determined pressure.
  • the fuel cell controller 9 is preferably connected to the electronic braking system 7 in a signal-conducting manner and is set up to trigger a drive of the second compressor 21 of the compressed air supply 19 either directly or indirectly by transmitting corresponding control commands.
  • the fuel cell controller 9 is set up in particular to carry out the method according to the invention described below with reference to FIGS.
  • the fuel cell controller 9 receives a start request for the fuel cell system 3, which can come from either a driver or an autonomous vehicle control system.
  • the fuel cell controller 9 checks a pressure p in the compressed air tank 23 using the measuring device 33.
  • the fuel cell controller 9 determines whether the pressure p in the compressed air tank 23 reaches or exceeds a threshold value pe.
  • the threshold pe can be 5.0 bar, for example. If the pressure p is at or above this threshold value pe, the fuel cell controller 9 triggers the opening of the shut-off element 31 in a control step 107 to start the aerostatic support of the bearing arrangement 15 of the first compressor 13 .
  • step 109 the fuel cell controller 9 starts the first compressor 13.
  • the fuel cell controller 9 checks in step 111 how long the compressor 13 has already been in operation and/or how high the speed of the rotating parts of the compressor 13 preferably on the bearing assembly 15, is. If it is determined in a test step 113 that a predetermined duty cycle has been reached or a predetermined speed, which is representative of the lift-off speed of the rotating parts of the compressor 13, has been reached, the shut-off element 31 can be closed again in a step 115. If the duty cycle or lift-off speed has not yet been reached, the compressor 13 continues to be operated and is checked again according to step 111 until the prerequisites for closing the shut-off element 31 according to step 115 are present.
  • step 105 shows that the pressure p in the
  • Step 105 generates a corresponding control command in a step 117 by the fuel cell controller 9, which leads to the starting of the second compressor 21 of the compressed air supply 19, for example mediated by the electronic brake system 7.
  • the second compressor 21 delivers compressed compressed air into the compressed air tank 23, and by means of of the measuring device 33 it is again checked in step 119 how the air pressure in the compressed air tanks 23 changes. If it is determined in a test step 121 that the pressure p in the compressed air tank 23 has reached or exceeded the threshold value po, a transition is made to step 109 and the first compressor 13 is put into operation. If the result of test step 121 is that pressure p in compressed air tank 23 has not yet reached threshold value pe, step 109 is not proceeded to.
  • FIG. 3 proposes an additional method routine. In this scenario, if it was determined in step 105 that the threshold value pe has not yet been reached, it would first be checked in a step 123 whether a charge level L of the electrical storage device 5 is above a predetermined limit value LG. If this is the case, you can go to step 117 and ensure the compressed air supply in the manner shown in FIG.
  • step 123 if it is determined in step 123 that the state of charge has reached or fallen below the predetermined limit value LG, the fuel cell controller 9 initiates a start of the aerostatic support in step 125 by opening the shut-off element 31, even if the pressure p there has not yet reached the necessary threshold value po has.
  • step 127 the first compressor 13 is started in an emergency power operating mode and the electrical storage device 5 is supplied with electrical energy from the fuel cell system 3, so that the second compressor is then again supplied with a sufficient charge level L 21 for filling the compressed air tank 23 can be controlled.
  • the emergency power operating mode is continued until the charge level L has reached or exceeded the critical charge level limit value LG. If this is the case, the first compressor 13 is preferably shut down again in step 129 and the aerostatic support, if previously activated, is also ended, and the method routine is continued with steps 103, 105 etc.
  • the first compressor can preferably be controlled independently of an activation of the shut-off element 31 and thus independently of the compressed air supply.
  • the fuel cell is used to put the second compressor 21 into operational readiness as quickly as possible in order to pressurize the compressed air supply again and also enable the aerostatic support for the first compressor 13 again.
  • EBS electronic braking system

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (3) zum Antrieb eines Fahrzeugs (1), wobei das Fahrzeug eine Druckluftversorgung (19) aufweist, und das Brennstoffzellensystem (3) einen Verdichter (13) zur kathodenseitigen Luftversorgung einer Brennstoffzelle aufweist, wobei der Verdichter (13) eine aerostatisch unterstützte Lageranordnung (15) aufweist, wobei die Lageranordnung (15) eine Druckluftschnittstelle (17) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, zur aerostatischen Unterstützung fluidleitend mit einer Druckluftversorgung (19) verbunden zu werden, und eine Brennstoffzellensteuerung (9), die dazu eingerichtet ist, den Verdichter (13) in Abhängigkeit einer bereitzustellenden elektrischen Leistung (Pel) des Brennstoffzellensystems (3) anzusteuern. Es wird vorgeschlagen, dass das Fahrzeug (1) eine Messeinrichtung (33) zur Ermittlung eines Luftdrucks (p) der Druckluftversorgung (19) aufweist, und die Brennstoffzellensteuerung (9) dazu eingerichtet ist, signalleitend mit der Messeinrichtung (33) verbunden zu werden und dazu eingerichtet ist, bei Empfang eines Startwunschs für das Brennstoffzellensystem (3) den Verdichter (13) in Abhängigkeit des Luftdrucks (p) der Druckluftversorgung (19) anzusteuern.

Description

Brennstoffzellensystem zum Antrieb eines Fahrzeugs, Fahrzeug mit selbigem, und Verfahren zu dessen Betrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem zum Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, wobei das Fahrzeug ein eine Druckluftversorgung aufweist, und das Brennstoffzellensystem einen Verdichter, insbesondere Turboverdichter, zur kathodenseitigen Luftversorgung einer Brennstoffzelle aufweist, wobei der Verdichter eine aerostatisch unterstützte Lageranordnung aufweist, wobei die Lageranordnung eine Druckluftschnittstelle aufweist, welche dazu eingerichtet ist, zur aerostatischen Unterstützung fluidleitend mit einer Druckluftversorgung des Fahrzeugs verbunden zu werden, und eine Brennstoffzellensteuerung, die dazu eingerichtet ist, den Verdichter in Abhängigkeit einer bereitzustellenden elektrischen Leistung des Brennstoffzellensystems anzusteuern.
Brennstoffzellen der eingangs bezeichneten Art sind bekannt.
Im Zuge des Mobilitätswandels gewinnen, insbesondere in der Nutzfahrzeugindustrie, alternative Antriebe zunehmend an Bedeutung. Brennstoffzellensysteme nehmen hierbei eine prominente Stellung ein. In wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellensystemen ist es erforderlich, der Brennstoffzelle kathodenseitig Sauerstoff, zumeist in Form von druckbeaufschlagter Luft, zuzuführen. Es sind Brennstoffzellensysteme bekannt, bei denen die kathodenseitige Luftversorgung von einem Verdichter, insbesondere Turboverdichter, übernommen wird. Die üblicherweise verwendeten Verdichter weisen eine Rotorwelle auf, die elektromotorisch angetrieben wird. Die Rotorwellen in den Verdichtern solcher Systeme erreichen sehr hohe Drehzahlen, sodass der Lagerung der Rotorwellen eine zentrale Bedeutung zukommt.
Es haben sich Luftlagerungen mit aerodynamischen Luftlagern durchgesetzt, die bei Erreichen ihrer lagerspezifischen Abhebedrehzahl einen konstanten umlaufenden Luftspalt ausbilden und sich so selbst in einen Schwebezustand versetzen. Der Vorteil solcher Luftlagerungen ist eine extrem niedrige Reibung oberhalb der Abhebedrehzahl.
Zugleich gehören die Luftlager aber auch zu den empfindlichsten Teilen eines Verdichters in Brennstoffzellensystemen. Wenn die rotierenden Teile, vorzugsweise die Rotorwelle oder mit ihr verbundene rotierende Teile, etwa rotierende Lagerschalen, im Betrieb stehende Teile, etwa stehende Lagerschalen, berühren, kommt es zu Gleitreibung und damit zu Verschleiß, etwa bei den Lagern. Da bei verschlissenen Lagern in Extremsituationen die optimale Luftversorgung der Brennstoffzelle nicht mehr gewährleistet werden kann, müssen die Lager rechtzeitig getauscht oder gewartet werden, so dass die Lebenserwartung eines Lagers ein bestimmender Faktor für die Länge der Wartungsintervalle des Verdichters und somit der Brennstoffzellensysteme ist. Bekannte Brennstoffzellensysteme verwenden Lager mit einer Lebensdauer von ca. 8.000 bis 9.000 Betriebsstunden.
Zur Verbesserung der Lebensdauer ist vorgeschlagen worden, die Lageranordnungen mit einer aerostatischen Unterstützung zu versehen, Hierbei wird, etwa in den Lagerspalt hinein, Druckluft eingeblasen, um für die Lageranordnungen ein aerostatisches Polster zu schaffen, was den Verschleiß infolge Reibung mindert. Ab Erreichen der Abhebedrehzahl können sich die Lageranordnungen dann im Wesentlichen reibungsfrei halten.
Damit die aerostatische Unterstützung der Lageranordnung zuverlässig arbeitet, ist es erforderlich, dass die Druckluftversorgung dem Verdichter, und insbesondere der Lageranordnung des Verdichters, des Brennstoffzellensystems einen ausreichenden Luftdruck zur Verfügung stellen kann, um das nötige Luftkissen bis zum Erreichen der Abhebedrehzahl des Verdichters auszubilden. Während zum Zeitpunkt der Erfindung moderne Nutzfahrzeuge zumeist hochentwickelte Druckluft-Bremssysteme mit zuverlässiger Abdichtung gegen Luftaustritt aufweisen, kann es dennoch nicht ausgeschlossen werden, dass in den Nutzfahrzeugen, sei es aufgrund technischer Fehlfunktionen oder aufgrund langer Standzeiten ohne Betrieb der Nutzfahrzeuge, Luft aus dem Druckluft-Bremssystem entweicht und der Luftdruck in der Druckluftversorgung ungewollt abnimmt. In Extremfällen kann es dazu kommen, dass der Luftdruck aus diesen System über lange Zeiträume komplett entweicht und nur noch Umgebungsdruck im Druckluft-Bremssystem bzw. in der Druckluftversorgung anliegt. Ein sicherer Betrieb des Nutzfahrzeugs ist hierdurch nicht gewährleistet. Vor allem aber ist für die aerostatische Unterstützung der Lageranordnung dann kein ausreichender Luftdruck vorhanden, um den Verdichter verschleißvermindert zu starten.
Vor dem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Brennstoffzellensysteme der eingangs bezeichneten Art dahingehend zu verbessern, dass die Verschleißanfälligkeit des Brennstoffzellensystems weiter reduziert wird, insbesondere ohne das Betriebsverhalten des Nutzfahrzeugs nachteilig zu beeinflussen.
Die Erfindung löst die ihr zugrundeliegende Aufgabe bei einem Brennstoffzellensystem der eingangs bezeichneten Art, indem das Fahrzeug eine Messeinrichtung zur Ermittlung eines Luftdrucks der Druckluftversorgung aufweist, und die Brennstoffzellensteuerung signalleitend mit der Messeinrichtung verbindbar und dazu eingerichtet ist, bei Empfang eines Startwunschs für das Brennstoffzellensystem den Verdichter in Abhängigkeit des Luftdrucks der Druckluftversorgung anzusteuern. Die Erfindung folgt hierbei dem Ansatz, dass die Nutzfahrzeuge aus sicherheitstechnischen Gründen ohnehin über Mittel verfügen, mit denen in der Druckluftversorgung ein ausreichender Luftdruck zum Erreichen der Betriebssicherheit (wieder)hergestellt werden kann. Ist der Luftdruck im Nutzfahrzeug beispielsweise aufgrund langer Standzeit abgesunken, sind die Nutzfahrzeuge in der Regel dazu eingerichtet, selbsttätig wieder ausreichenden Druck herzustellen, oder zumindest einen Warnhinweis über zu niedrigen Luftdruck in der Druckluftversorgung auszugeben. Zu diesem Zweck verfügen die bekannten Nutzfahrzeuge in der Regel über eine Messeinrichtung zum Ermitteln des Luftdrucks in der Druckluftversorgung.
Hier setzt die Erfindung an, indem sie das Ansteuern der Brennstoffzelle mittels der Brennstoffzellensteuerung vom vorhandenen Luftdruck in der Druckluftversorgung abhängig macht. Mit anderen Worten ermöglicht die signalleitende Verbindung zwischen der Messeinrichtung und der Brennstoffzellensteuerung es der Brennstoffzellensteuerung, das Starten des Verdichters, und vorgelagert das Starten der aerostatischen Unterstützung für die Lageranordnung, erst dann vorzunehmen, wenn für diese Funktion auch ausreichender Luftdruck von der Druckluftversorgung des Fahrzeugs bereitgestellt werden kann. In den Fällen, wo bei einem Startwunsch für das Brennstoffzellensystem schon ein ausreichender Druck in der Druckluftversorgung vorliegt, kann das Brennstoffzellensystem den Verdichter und somit den Betrieb der Brennstoffzelle unmittelbar aufnehmen. Sofern kein ausreichender Luftdruck in der Druckluftversorgung anliegt, ist es zudem aber unschädlich, wenn auch das Brennstoffzellensystem und der Verdichter des Brennstoffzellensystems für einen kurzen Zeitraum noch ausgeschaltet bleiben, da das Nutzfahrzeug ja ohnehin bis zum Erreichen eines ausreichenden Luftdrucks in der Druckluftversorgung noch nicht betriebssicher bewegt werden darf. Der Praxisnutzen wird durch das druckluftabhängige Ansteuern des Verdichters des Brennstoffzellensystems also nicht beeinträchtigt. Zugleich wird aber der Verschleiß des Verdichters vermindert, indem Startszenarien durch die Steuerung ausgeschlossen werden, bei denen der Verdichter regelmäßig ohne oder mit nur unzureichender aerostatischer Unterstützung der Lageranordnung anlaufen muss.
Die Erfindung wird vorteilhaft weitergebildet, indem das Brennstoffzellensystem ein ansteuerbares Absperrorgan aufweist, welches der Druckluftschnittstelle zugeordnet und dazu eingerichtet ist, die aerostatische Unterstützung selektiv zu sperren und freizugeben, wobei die Brennstoffzellensteuerung dazu eingerichtet ist, mittels Ansteuern des Absperrorgans die aerostatische Unterstützung zu starten, sobald der Luftdruck der Druckluftversorgung einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet. Das Absperrorgan ist vorzugsweise in einem Luftlager-Strömungspfad zwischen der Druckluftversorgung einerseits und einem Lagerspalt der Lageranordnung andererseits angeordnet. Das Absperrorgan kann in das Brennstoffzellensystem integriert, daran angeschlossen oder im Bremssystem integriert sein (oder daran angeschlossen).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Brennstoffzellensteuerung dazu eingerichtet, den Verdichter zu starten, nachdem die aerostatische Unterstützung freigegeben worden ist. Hierdurch wird eine zeitliche Verzögerung des Startens des Verdichters sichergestellt, die die Verschleißminderung weiter begünstigt, weil sie der aerostatischen Unterstützung mehr Zeit gibt, ein ausreichendes Luftpolster in der Lageranordnung aufzubauen. Eine Verzögerung im Bereich weniger Sekunden ist hierfür vorzugsweise vorgesehen, beispielsweise in einem Bereich von bis zu 20 Sekunden.
Optional ist die Brennstoffzellensteuerung dazu eingerichtet, einen Start des Verdichters zu unterbinden solange die aerostatische Unterstützung gesperrt ist. Dadurch wird sichergestellt, dass der Verdichter nicht ungewollt ohne aerostatische Unterstützung anläuft.
Die Brennstoffzellensteuerung ist in bevorzugten Ausführungsformen dazu eingerichtet, die aerostatische Unterstützung freizugeben und/oder den Verdichter zu starten, sobald der Luftdruck der Druckluftversorgung einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet.
Der Schwellwert liegt vorzugsweise bei 4,0 bar oder darüber, weiter vorzugsweise bei 5,0 bar oder darüber, noch weiter vorzugsweise bei 7,0 bar oder darüber, und besonders bevorzugt bei 8,0 bar oder darüber. Vorzugsweise ist das Brennstoffzellensystem für ein Nutzfahrzeug vorgesehen, welches zum sicheren Betrieb einen Betriebsdruck in der Druckluftversorgung voraussetzt, wobei der vorstehend beschriebene Schwellwert vorzugsweise unterhalb des Betriebsdrucks liegt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Ansteuerung von der Brennstoffzellensteuerung zwar mit Verzögerung eingeleitet wird, aber noch ausreichend zeitlich vor dem Erreichen des Betriebsdrucks durch die Druckluftversorgung des Nutzfahrzeugs.
Alternativ oder zusätzlich ist die Brennstoffzellensteuerung vorzugsweise dazu eingerichtet, den Schwellwert mittels externer Datenangabe einzustellen. Hierzu weist die Brennstoffzellensteuerung vorzugsweise eine Datenschnittstelle auf, die mit einem Kommunikationsnetzwerk des Fahrzeugs verbindbar ist, um externe Dateneingabe mittels Benutzereingabe oder über andere fahrzeuginterne elektronische Steuereinrichtungen zu ermöglichen. Mittels der externen Dateneingabe kann die Brennstoffzellensteuerung individuell auf den jeweils mit ihr zusammenwirkenden Verdichter eingestellt werden. Gerade bei Systemen, die mittels Systemintegration aus Komponenten unterschiedlicher Hersteller kundenseitig bestückt werden, oder bei modularen Baukastensystemen, können unterschiedlich dimensionierte Verdichter zum Einsatz kommen. Der für die aerostatische Unterstützung notwendige Luftdruck hängt ab vom Gewicht der im Verdichter rotierenden Massen, insbesondere der Verdichterwelle, und der daraus resultierenden kritischen Abhebedrehzahl.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Nutzfahrzeug mit einem elektrischen Speicher zur Energieversorgung der Druckluftversorgung ausgerüstet, wobei der elektrische Speicher vorzugsweise eine Hochvolt- Batterie aufweist. Ferner ist das Brennstoffzellensystem vorzugsweise dazu eingerichtet, die erzeugte elektrische Energie dem elektrischen Speicher zuzuführen. Weiter vorzugsweise ist die Brennstoffzellensteuerung dazu eingerichtet, einen Ladestand des elektrischen Speichers zu ermitteln, und den Verdichter der Brennstoffzelle in einem Notstrombetriebsmodus zu starten, sobald der Ladestand einen vorbestimmten Grenzwert erreicht oder unterschreitet, insbesondere unabhängig vom Absperrorgan. Diese Ausführungsform stellt sicher, dass das Fahrzeug, beispielsweise nach besonders langen Standzeiten, zuverlässig seinen Betrieb aufnehmen kann. Bei einem Startwunsch für das Brennstoffzellensystem soll ja erfindungsgemäß zunächst sichergestellt werden, dass die Druckluftversorgung einen ausreichenden Luftdruck aufweist. Hierzu ist es aber mitunter nötig, zunächst nur die Druckluftversorgung zu betreiben, bevor das Brennstoffzellensystem zur elektrischen Energieversorgung gestartet werden kann. In diesem Zeitraum wird die Druckluftversorgung des Fahrzeugs von dem elektrischen Speicher versorgt. Die vorstehend beschriebene Ausführungsform kommt zum Tragen, wenn aufgrund der langen Standzeit oder anderer Effekte nicht mehr genügend Ladung im elektrischen Speicher vorhanden ist, um den Luftdruck in der Druckluftversorgung auf einen für den Betrieb des Verdichters, und damit des Brennstoffzellensystems, ausreichenden Wert anzuheben. Mit anderen Worten ist die Ladungsmenge in solchen Szenarien so gering, dass der elektrische Speicher erschöpft ist, bevor der Luftdruck in der Druckluftversorgung den Schwellwert zum Starten der aerostatischen Unterstützung bzw. des Verdichters erreicht. In diesem Fall kann die Brennstoffzellensteuerung trotz fehlender aerostatischer Unterstützung den Verdichter starten, und die Brennstoffzelle antreiben, um dem elektrischen Speicher im Notstrombetriebsmodus Energie zuzuführen.
Weiter vorzugsweise ist die Brennstoffzellensteuerung dazu eingerichtet, in dem Notstrombetriebsmodus das Absperrorgan zum Freigeben der aerostatischen Unterstützung anzusteuern, insbesondere unabhängig vom Luftdruck der Druckluftversorgung. Diese Ausführungsform beruht auf dem Ansatz, dass die notwendige Luftmenge für die aerostatische Unterstützung vergleichsweise gering ist. Ein Abzweigen von Druckluft für das Versorgen der Lageranordnung für die aerostatische Unterstützung wirkt sich nicht nachteilig auf das Aufpumpen der Druckluftversorgung des Fahrzeugs aus. Eine schwache aerostatische Unterstützung ist in vielen Fällen immer noch besser als gar keine Unterstützung, sodass im Notstrombetriebsmodus die Brennstoffzellensteuerung mit der vorstehend beschriebenen Ansteuerung des Absperrorgans in der jeweiligen Situation noch die bestmögliche Unterstützung für die Lageranordnung des Verdichters und somit die bestmögliche Verschleißminderung in der gegebenen Situation ermöglicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Brennstoffzellensteuerung dazu eingerichtet, den Notstrombetriebsmodus zu beenden, sobald der Ladestand den Grenzwert überschreitet. Hierdurch wird der Zeitraum, in dem der Verdichter bei unzureichender oder fehlender aerostatischer Unterstützung betrieben werden muss, minimiert. Der Verdichter und das Brennstoffzellensystem können bei Überschreiten des Grenzwerts des Ladestands des elektrischen Speichers außer Betrieb gesetzt werden, weil der Ladestand ein ausreichendes Anheben des Luftdrucks in der Druckluftversorgung sicherstellt. Erst, wenn diese sichergestellt ist, wird die aerostatische Unterstützung, und in der Folge auch der Verdichter, verschleißfrei wieder gestartet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Verdichter des Brennstoffzellensystems ein erster Verdichter, und die Druckluftversorgung weist einen zweiten Verdichter auf, wobei die Brennstoffzellensteuerung dazu eingerichtet ist, den zweiten Verdichter derart anzusteuern, dass der Druckluftversorgung druckbeaufschlagte Luft zugeführt wird, wenn der Luftdruck in der Druckluftversorgung unterhalb des Schwellwertes für die aerostatische Unterstützung liegt. In einer alternativen Ausführungsform erfolgt die Ansteuerung des zweiten Verdichters nicht unmittelbar über die Brennstoffzellensteuerung, sondern über ein fahrzeuginternes Steuergerät, beispielsweise ein Bremssteuergerät. In solchen Ausführungsformen ist die Brennstoffzellensteuerung vorzugsweise dazu eingerichtet, mit dem jeweils zuständigen Steuergerät signalleitend zu kommunizieren, um die Ansteuerung des zweiten Verdichters auszulösen.
Die Brennstoffzellensteuerung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, den zweiten Verdichter derart anzusteuern, dass ein vorbestimmter Betriebsdruck in der Druckluftversorgung eingestellt wird, wobei vorzugsweise der Schwellwert für die aerostatische Unterstützung und/oder für die Ansteuerung des Verdichters kleiner oder gleich dem Betriebsdruck in der Druckluftversorgung ist, vorzugsweise unterhalb des Betriebsdrucks in der Druckluftversorgung liegt. Durch diese Abstaffelung von Schwellwert und Betriebsdruck wird sichergestellt, dass bei Erreichen des Betriebsdrucks der Verdichter des Brennstoffzellensystems, und mit ihm das Brennstoffzellensystem selbst, betriebsbereit sind, damit das Fahrzeug also bei Erreichen des für die Betriebssicherheit notwendigen Betriebsdrucks seine Fahrt sofort aufnehmen kann.
Alternativ oder zusätzlich weist der zweite Verdichter eine dedizierte Steuerung auf, die dazu eingerichtet ist, den zweiten Verdichter dazu anzusteuern, der Druckluftversorgung automatisch Luft zuzuführen, wenn in ihr der Druck unter einen vorbestimmten Wert, beispielsweise unter den Schwellwert oder einen anderen Wert, beispielsweise in dem Bereich von 8,0 bar bis 8,5 bar fällt. In einem solchen ist keine explizite Ansteuerung mittels der Brennstoffzellensteuerung erforderlich, um die Druckluftversorgung wieder mit Druckluft zu befüllen. Solange dann der erforderliche Schwellwert für die aerostatische Unterstützung unterhalb dieses vorbestimmten Werts liegt, wird dieser zuverlässig über die Druckluftversorgung erreicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Druckluftversorgung einen Druckluftbehälter auf, und die Druckluftschnittstelle der Lageranordnung ist fluidleitend mit der Druckluftschnittstelle der Lageranordnung verbindbar.
Vorzugsweise weist die Messeinrichtung einen Drucksensor auf, welcher dazu eingerichtet ist, einen Luftdruck in der Druckluftversorgung zu erfassen, der Druckluftbehälter ist mit dem Drucksensor wirkverbunden, und die Brennstoffzellensteuerung weist vorzugsweise eine Datenschnittstelle zur signalleitenden Verbindung mit dem Drucksensor auf, vorzugsweise eine Busschnittstelle, insbesondere eine CAN-Bus-Schnittstelle. Über eine solche Schnittstelle kann die Brennstoffzellensteuerung auf ohnehin im Fahrzeugsystem vorhandene Drucksensoren zugreifen, welche erfindungsgemäß die Messeinrichtung darstellen. Die Erfindung ist vorstehend in einem ersten Aspekt unter Bezugnahme auf ein Brennstoffzellensystem beschrieben worden, welches dazu eingerichtet ist, in einem Fahrzeug eingebaut zu werden. Die Erfindung betrifft in einem zweiten Aspekt ferner ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, mit einer Druckluftversorgung und einem Brennstoffzellensystem.
Die Erfindung löst bei einem solchen Fahrzeug die eingangs bezeichnete Aufgabe, indem sie ein Brennstoffzellensystem nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen vorschlägt, wobei das Brennstoffzellensystem insbesondere einen Verdichter aufweist, insbesondere Turboverdichter, zur kathodenseitigen Luftversorgung einer Brennstoffzelle, wobei der Verdichter eine aerostatisch unterstützte Lageranordnung aufweist, wobei die Lageranordnung eine Druckluftschnittstelle aufweist, welche zur aerostatischen Unterstützung fluidleitend mit der Druckluftversorgung verbunden ist, und eine Brennstoffzellensteuerung, die dazu eingerichtet ist, den Verdichter in Abhängigkeit einer bereitzustellenden elektrischen Leistung des Brennstoffzellensystems anzusteuern, wobei das Fahrzeug eine Messeinrichtung zur Ermittlung eines Luftdrucks der Druckluftversorgung aufweist, und die Brennstoffzellensteuerung signalleitend mit der Messeinrichtung verbunden und dazu eingerichtet ist, bei Empfang eines Startwunschs für das Brennstoffzellensystem den Verdichter in Abhängigkeit des Luftdrucks der Druckluftversorgung anzusteuern.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug macht sich dieselben Vorteile zunutze und weist dieselben bevorzugten Ausführungsformen auf wie das Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Die bevorzugten Ausführungsformen des Brennstoffzellensystems sind somit zugleich bevorzugte Ausführungsformen des Fahrzeugs und umgekehrt, weswegen zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Das erfindungsgemäße Fahrzeug wird insbesondere vorteilhaft weitergebildet, indem der Verdichter des Brennstoffzellensystems ein erster Verdichter ist, und das Fahrzeug einen zweiten Verdichter aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, der Druckluftversorgung druckbeaufschlagte Luft zuzuführen, wobei die Druckluftversorgung dazu eingerichtet ist, den Luftdruck der Druckluftversorgung mittels des zweiten Verdichters auf einen vorbestimmten Betriebsdruck einzustellen.
Vorzugsweise weist hierbei das Fahrzeug ein ansteuerbares Absperrorgan auf, welches der Druckluftschnittstelle zugeordnet und dazu eingerichtet ist, die aerostatische Unterstützung selektiv zu sperren und freizugeben, wobei die Brennstoffzellensteuerung dazu eingerichtet ist, mittels Ansteuern des Absperrorgans die aerostatische Unterstützung zu starten, sobald der Luftdruck der Druckluftversorgung einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet, wobei der Schwellwert für die aerostatische Unterstützung und/oder für die Ansteuerung des ersten Verdichters kleiner oder gleich dem Betriebsdruck ist, und vorzugsweise unterhalb des Betriebsdrucks liegt.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems zum Antreiben eines Fahrzeugs, insbesondere eines Brennstoffzellensystems der eingangs bezeichneten Art, wobei das Fahrzeug insbesondere ein Fahrzeug nach dem vorstehend beschriebenen zweiten Aspekt ist. Das Brennstoffzellensystem ist vorzugsweise ein Brennstoffzellensystem gemäß dem oben beschriebenen ersten Aspekt.
Das Verfahren löst die eingangs bezeichnete Aufgabe, indem es die Schritte umfasst:
- Empfangen eines Startwunschs für das Brennstoffzellensystem,
- fluidleitendes Verbinden einer Lageranordnung eines Verdichters des Brennstoffzellensystems zur aerostatischen Unterstützung mit einer Druckluftversorgung des Fahrzeugs, und - Ansteuern des Verdichters zur kathodenseitigen Luftversorgung einer Brennstoffzelle, wobei das Ansteuern des Verdichters in Abhängigkeit des Luftdrucks der Druckluftversorgung erfolgt.
Das Verfahren macht sich dieselben Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen zunutze wie das Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt und/oder das Fahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt. Bevorzugte Ausführungsformen der ersten beiden Aspekte sind zugleich bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und umgekehrt, weswegen auch auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
Das Verfahren wird vorzugsweise durch einen, mehrere oder sämtliche der folgenden Schritte weitergebildet:
- Erzeugen elektrischer Energie, vorzugsweise mittels Ansteuern des Brennstoffzellensystems durch die Brennstoffzellensteuerung;
- Ermitteln eines Luftdrucks der Druckluftversorgung;
- Empfangen und Verarbeiten eines für den ermittelten Luftdruck repräsentativen Signals mittels der Brennstoffzellensteuerung derart, dass der Verdichter angesteuert wird;
- selektiv Sperren oder Freigeben der aerostatischen Unterstützung, insbesondere mittels Ansteuern eines Absperrorgans;
- Starten der aerostatischen Unterstützung, sobald der Luftdruck der Druckluftversorgung einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet;
- Starten des Verdichters, nachdem die aerostatische Unterstützung freigegeben worden ist;
- Starten des Verdichters, sobald der Luftdruck der Druckluftversorgung einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet, wobei vorzugsweise der Schwellwert bei 4,0 bar oder darüber liegt, vorzugsweise bei 5,0 bar oder darüber, weiter vorzugsweise bei 7,0 bar oder darüber, und besonders bevorzugt bei 8,0 bar oder darüber;
- Einstellen des Schwellwerts mittels externer Dateneingabe;
- Zuführen der erzeugten elektrischen Energie zu einem elektrischen Speicher; - Ermitteln eines Ladestands des elektrischen Speichers, und Starten des Verdichters zum Betrieb der Brennstoffzelle in einem Notstrombetriebsmodus, sobald der Ladestand einen vorbestimmten Grenzwert erreicht oder unterschreitet, insbesondere unabhängig vom Absperrorgan (21 );
- Ansteuern des Absperrorgans in dem Notstrombetriebsmodus zum Freigeben der aerostatischen Unterstützung, insbesondere unabhängig vom Luftdruck der Druckluftversorgung;
- Beenden des Notstrombetriebsmodus, sobald der Ladestand den Grenzwert überschreitet;
- Zuführen von druckbeaufschlagter Luft zu der Druckluftversorgung, vorzugsweise derart, dass der Luftdruck auf einen vorbestimmten Betriebsdruck eingestellt wird, wobei weiter vorzugsweise der Schwellwert für die aerostatische Unterstützung und/oder für die Ansteuerung des ersten Verdichters kleiner oder gleich dem Betriebsdruck ist, vorzugsweise unterhalb des Betriebsdrucks liegt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit Brennstoffzellensystem gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß der Erfindung, und
Fig. 3 eine optionale Detailgestaltung für das Verfahren gemäß Fig. 2.
In Fig. 1 ist ein Nutzfahrzeug 1 dargestellt, welches ein Brennstoffzellensystem 3 aufweist und einen elektrischen Speicher 5, vorzugsweise ausgebildet als Hochvolt-Batterie. Das Brennstoffzellensystem 3 ist dazu eingerichtet, dem elektrischen Speicher 5 elektrische Energie bei einer elektrischen Leistung Pei zuzuführen. Das Fahrzeug 1 weist ferner ein elektronisches Bremssystem (EBS) 7 auf, welches dazu eingerichtet ist, mittels elektronischer Befehle die Komponenten des Bremssystems anzusteuern und die für den Betrieb des Fahrzeugs 1 notwendigen Bremsbefehl auszuführen.
Das Brennstoffzellensystem 3 weist eine Brennstoffzellensteuerung 9 auf, die zum Steuern des Brennstoffzellensystems 3 eingerichtet ist. Die Brennstoffzellensteuerung 9 weist eine Datenschnittstelle 11 zum Empfangen von Steuerbefehlen und/oder externen Daten auf.
Das Brennstoffzellensystem 3 umfasst ferner einen ersten Verdichter 13, insbesondere einen Turboverdichter, zur kathodenseitigen Luftversorgung einer (nicht dargestellten) Brennstoffzelle. Der erste Verdichter 13 weist eine Lageranordnung 15 auf. Die Lageranordnung 15 weist insbesondere ein oder mehrere Luftlager auf, die dazu eingerichtet sind, bei Erreichen einer bestimmten Abhebedrehzahl eine berührungsfreie Lagerung der rotierenden Massen des ersten Verdichters 13 zu gewährleisten. Zum Unterstützen der Lageranordnung im Wege einer aerostatischen Unterstützung weist die Lageranordnung 15 eine Druckluftschnittstelle 17 auf, über die druckbeaufschlagte Luft in die Lageranordnung 15 eingeleitet werden kann.
Das Fahrzeug 1 weist ferner eine Druckluftversorgung 19 auf. Die Druckluftversorgung 19 umfasst einen zweiten Verdichter 21 , der dazu eingerichtet ist, Umgebungsluft anzusaugen, zu verdichten, und die verdichtete Luft einer Anzahl von Druckluftbehältern 23 zur Verfügung zu stellen. Optional ist zwischen die Druckluftbehälter 23 und den zweiten Verdichter 21 noch eine Luftaufbereitungseinrichtung 25 zwischengeschaltet, welche vorzugsweise einen Lufttrockner umfasst.
Die verdichtete Druckluft wird vorzugsweise mittels eines oder mehrerer Mehrkreisschutzventile 27 auf die Anzahl der Druckluftbehälter 23 verteilt. Zumindest einer der Druckluftbehälter 23 ist fluidleitend mit der Druckluftschnittstelle 17 der Lageranordnung 15 des ersten Verdichters 13 verbunden. Dies ist bei Mehrkreissystemen beispielsweise der Druckluftbehälter des sogenannten vierten Kreises. In einem Strömungspfad 29, der sich zwischen dem Druckluftbehälter 23 und dem ersten Verdichter 13 erstreckt, ist ein Absperrorgan 31 angeordnet. Das Absperrorgan 31 ist dazu eingerichtet, in einem Sperrzustand den Strömungspfad 29 zu schließen, und in einem Freigabezustand zu öffnen, sodass druckbeaufschlagte Luft vom Druckluftbehälter 23 zu der Druckluftschnittstelle 17 der Lageranordnung 15 gefördert wird. Das Absperrorgan 31 ist beispielsweise als Mehrwegeventil, vorzugsweise als 2/2-Wegeventil, ausgebildet.
Das Absperrorgan 31 ist signalleitend mit der Brennstoffzellensteuerung 9 verbunden, und die Brennstoffzellensteuerung 9 ist dazu eingerichtet, das Absperrorgan 31 selektiv in den Freigabezustand oder Sperrzustand zu bewegen.
Das Fahrzeug 1 weist ferner eine Messeinrichtung 33 auf, welche vorzugsweise einen Drucksensor 35 umfasst. Die Messeinrichtung 33 ist signalleitend mit einem, mehreren oder sämtlichen der Druckluftbehälter 23 verbunden und dazu eingerichtet, den in der Druckluftversorgung 19 herrschenden Druck stromabwärts des zweiten Verdichters 21 , insbesondere in dem/den Druckluftbehälter(n) 23, zu ermitteln. Die Messeinrichtung 33 ist ferner signalleitend mit der Brennstoffzellensteuerung 9, beispielsweise über eine Busverbindung, wie etwa eine CAN-Busverbindung, verbunden und dazu eingerichtet, Signale an die Brennstoffzellensteuerung 9 zu übertragen, die repräsentativ für den ermittelten Druck sind.
Die Brennstoffzellensteuerung 9 ist vorzugsweise signalleitend mit dem elektronischen Bremssystem 7 verbunden und dazu eingerichtet, entweder mittelbar oder unmittelbar, durch Übertragen entsprechender Steuerbefehle einen Antrieb des zweiten Verdichters 21 der Druckluftversorgung 19 zu triggern. Die Brennstoffzellensteuerung 9 ist insbesondere dazu eingerichtet, das nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 geschilderte erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
In Fig. 2 ist zunächst der grundsätzliche Verfahrensablauf abgebildet. In einem Verfahrensschritt 101 empfängt die Brennstoffzellensteuerung 9 einen Startwunsch für das Brennstoffzellensystem 3, welcher entweder von einem Fahrer oder einem autonomen Fahrzeugsteuerungssystem ausgehen kann. In einem Schritt 103 prüft die Brennstoffzellensteuerung 9, mittels der Messeinrichtung 33, einen Druck p in den Druckluftbehältern 23. In einem Prüfschritt 105 ermittelt die Brennstoffzellensteuerung 9, ob der Druck p im Druckluftbehälter 23 einen Schwellwert pe erreicht oder überschreitet. Der Schwellwert pe kann beispielsweise bei 5,0 bar liegen. Ist der Druck p bei oder oberhalb dieses Schwellwertes pe, löst die Brennstoffzellensteuerung 9 in einem Steuerschritt 107 die Öffnung des Absperrorgans 31 zum Starten der aerostatischen Unterstützung der Lageranordnung 15 des ersten Verdichters 13 aus. Danach startet die Brennstoffzellensteuerung 9 in Schritt 109 den ersten Verdichter 13. Nach dem Starten des Verdichters 13 prüft die Brennstoffzellensteuerung 9 in Schritt 111 , wie lange der Verdichter 13 bereits betrieben wird, und/oder wie hoch die Drehzahl der rotierenden Teile des Verdichters 13, vorzugsweise an der Lageranordnung 15, ist. Wird in einem Prüfschritt 113 festgestellt, dass eine vorbestimmte Einschaltdauer erreicht wurde, oder eine vorbestimmte Drehzahl, welche repräsentativ für die Abhebedrehzahl der rotierenden Teile des Verdichters 13 ist, erreicht wurde, kann in einem Schritt 115 das Absperrorgan 31 wieder geschlossen werden. Ist die Einschaltdauer oder Abhebedrehzahl noch nicht erreicht, wird der Verdichter 13 weiter betrieben und gemäß Schritt 111 so lange erneut überprüft, bis die Voraussetzungen für ein Schließen des Absperrorgans 31 gemäß Schritt 115 vorliegen.
Ergibt allerdings die Prüfung in Schritt 105, dass der Druck p in den
Druckluftbehältern 23 den Schwellwert pe nicht erreicht, wird ausgehend von Schritt 105 in einem Schritt 117 durch die Brennstoffzellensteuerung 9 ein entsprechender Steuerbefehl generiert, der zum Starten des zweiten Verdichters 21 der Druckluftversorgung 19 führt, beispielsweise unter Vermittlung durch das elektronische Bremssystem 7. Der zweite Verdichter 21 fördert verdichtete Druckluft in die Druckluftbehälter 23, und mittels der Messeinrichtung 33 wird wiederum in Schritt 119 geprüft, wie sich der Luftdruck in den Druckluftbehältern 23 verändert. Wird in einem Prüfschritt 121 festgestellt, dass der Druck p im Druckluftbehälter 23 den Schwellwert po erreicht oder überschreitet, wird zum Schritt 109 übergegangen und der erste Verdichter 13 in Betrieb genommen. Ist das Ergebnis des Prüfschrittes 121 , dass der Druck p im Druckluftbehälter 23 noch nicht den Schwellwert pe erreicht, wird noch nicht zu Schritt 109 übergegangen.
Der grundsätzliche Verfahrensaufbau gemäß Fig. 2 geht davon aus, dass das Fahrzeug bei Schritt 117 ein Starten des elektrisch angetriebenen zweiten Verdichters 21 unproblematisch zulässt. Zum Betrieb des zweiten Verdichters 21 ist elektrische Energie nötig, die das Fahrzeug aus dem elektrischen Speicher 5 entnimmt. Zum Sicherstellen, dass ein Fahrzeugstart in jeder Betriebssituation gelingen kann, schlägt Fig. 3 eine zusätzliche Verfahrensroutine vor. In diesem Szenario würde, falls in Schritt 105 festgestellt worden ist, dass der Schwellwert pe noch nicht erreicht worden ist, zunächst in einem Schritt 123 geprüft, ob ein Ladestand L des elektrischen Speichers 5 oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes LG liegt. Ist dies der Fall, kann zu Schritt 117 übergegangen werden und die Druckluftversorgung auf die in Fig. 2 gezeigte Weise sichergestellt werden.
Wird in Schritt 123 aber festgestellt, dass der Ladestand den vorbestimmten Grenzwert LG erreicht oder unterschreitet, leitet die Brennstoffzellensteuerung 9 in Schritt 125 einen Start der aerostatischen Unterstützung mittels Öffnen des Absperrorgans 31 ein, auch wenn dort der Druck p noch nicht den notwendigen Schwellwert po erreicht hat. Nach dem Starten der aerostatischen Unterstützung in Schritt 125, oder alternativ dazu, wird in Schritt 127 der erste Verdichter 13 in einem Notstrombetriebsmodus gestartet und dem elektrischen Speicher 5 vom Brennstoffzellensystem 3 elektrische Energie zugeführt, damit, dann wiederum bei ausreichendem Ladestand L, der zweite Verdichter 21 zum Befüllen der Druckluftbehälter 23 angesteuert werden kann.
Der Notstrombetriebsmodus wird so lange fortgesetzt, bis der Ladestand L den kritischen Ladestands-Grenzwert LG erreicht bzw. überschritten hat. Ist dies der Fall, wird vorzugsweise in Schritt 129 der erste Verdichter 13 wieder heruntergefahren und auch die aerostatische Unterstützung, falls zuvor aktiviert, beendet, und die Verfahrensroutine wird bei Schritt 103, 105 etc. fortgesetzt.
Falls der Druckluftbehälter 23 drucklos sein sollte, und somit keine Druckluft für die aerostatische Unterstützung bereitstellen kann, kann der erste Verdichter vorzugsweise unabhängig von einer Ansteuerung des Absperrorgans 31 , und damit unabhängig von der Druckluftversorgung angesteuert werden. Mittels der Brennstoffzelle wird im Notstrombetriebsmodus so zügig wie möglich der zweite Verdichter 21 in Betriebsbereitschaft versetzt, um die Druckluftversorgung wieder mit Druck zu beaufschlagen und auch die aerostatische Unterstützung für den ersten Verdichter 13 wieder zu ermöglichen.
BEZUGSZEICHENLISTE (TEIL DER BESCHREIBUNG)
1 Nutzfahrzeug
3 Brennstoffzellensystem
5 elektrischer Speicher
7 elektronisches Bremssystem (EBS)
9 Brennstoffzellensteuerung
11 Datenschnittstelle
13 erster Verdichter
15 Lageranordnung
17 Druckluftschnittstelle
19 Druckluftversorgung
21 zweiter Verdichter
23 Druckluftbehälter
25 Luftaufbereitungseinrichtung
27 Mehrkreisschutzventil
29 Strömungspfad
31 Absperrorgan
33 Messeinrichtung
35 Drucksensor
101 -129 Verfahrensschritte
P Druck
PG Schwellwert, Druck
L Ladestand
LG Grenzwert, Ladestand
Pel elektrische Leistung

Claims

Ansprüche:
1 . Brennstoffzellensystem (3) zum Antrieb eines Fahrzeugs (1 ), wobei das Fahrzeug eine Druckluftversorgung (19) aufweist, und das Brennstoffzellensystem (3) einen Verdichter (13) zur kathodenseitigen Luftversorgung einer Brennstoffzelle aufweist, wobei der Verdichter (13,) eine aerostatisch unterstützte Lageranordnung (15) aufweist, wobei die Lageranordnung (15) eine Druckluftschnittstelle (17) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, zur aerostatischen Unterstützung fluidleitend mit einer Druckluftversorgung (19) verbunden zu werden, und
- eine Brennstoffzellensteuerung (9), die dazu eingerichtet ist, den Verdichter (13) in Abhängigkeit einer bereitzustellenden elektrischen Leistung (Pei) des Brennstoffzellensystems anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1 ) eine Messeinrichtung (33) zur Ermittlung eines Luftdrucks (p) der Druckluftversorgung (19) aufweist, und die Brennstoffzellensteuerung (9) dazu eingerichtet ist, signalleitend mit der Messeinrichtung (33) verbunden zu werden und dazu eingerichtet ist, bei Empfang eines Startwunschs für das Brennstoffzellensystem (3) den Verdichter (13) in Abhängigkeit des Luftdrucks (p) der Druckluftversorgung (19) anzusteuern.
2. Brennstoffzellensystem (3) nach Anspruch 1 , mit einem ansteuerbaren Absperrorgan (31 ), welches der Druckluftschnittstelle (17) zugeordnet und dazu eingerichtet ist, die aerostatische Unterstützung selektiv zu sperren und freizugeben, wobei die Brennstoffzellensteuerung (9) dazu eingerichtet ist, mittels Ansteuern des Absperrorgans (31 ) die aerostatische Unterstützung zu starten, sobald der Luftdruck (p) der Druckluftversorgung (19) einen vorbestimmten Schwellwert (pe) erreicht oder überschreitet.
3. Brennstoffzellensystem (3) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die die Brennstoffzellensteuerung (9) dazu eingerichtet ist, den Verdichter (13) zu starten, nachdem die aerostatische Unterstützung freigegeben worden ist.
4. Brennstoffzellensystem (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die die Brennstoffzellensteuerung (9) dazu eingerichtet ist, die aerostatische Unterstützung freizugeben und/oder den Verdichter (13) zu starten, sobald der Luftdruck (p) der Druckluftversorgung (19) einen vorbestimmten Schwellwert (pe) erreicht oder überschreitet.
5. Brennstoffzellensystem (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Schwellwert (po) bei 4,0 bar oder darüber liegt, vorzugsweise bei 5,0 bar oder darüber, weiter vorzugsweise bei 7,0 bar oder darüber, und besonders bevorzugt bei 8,0 bar oder darüber.
6. Brennstoffzellensystem (3) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Brennstoffzellensteuerung (9) dazu eingerichtet ist, den Schwellwert (PG) mittels externer Dateneingabe einzustellen.
7. Brennstoffzellensystem (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Nutzfahrzeug (1 ) einen elektrischen Speicher (5) zur Energieversorgung der Druckluftversorgung (19) aufweist, und das Brennstoffzellensystem (3) dazu eingerichtet ist, die erzeugte elektrische Energie dem elektrischen Speicher (5) zuzuführen.
8. Brennstoffzellensystem (3) nach Anspruch 7, wobei die Brennstoffzellensteuerung (9) dazu eingerichtet ist, einen Ladestand (L) des elektrischen Speichers (5) zu ermitteln, und den Verdichter (13) in einem Notstrombetriebsmodus zu starten, sobald der Ladestand (L) einen vorbestimmten Grenzwert (LG) erreicht oder unterschreitet, insbesondere unabhängig vom Absperrorgan (31 ).
9. Brennstoffzellensystem (3) nach Anspruch 8, wobei die Brennstoffzellensteuerung (9) dazu eingerichtet ist, in dem Notstrombetriebsmodus das Absperrorgan (31 ) zum Freigeben der aerostatischen Unterstützung anzusteuern, insbesondere unabhängig vom Luftdruck (p) der Druckluftversorgung (19).
10. Brennstoffzellensystem (3) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Brennstoffzellensteuerung (9) dazu eingerichtet ist, den Notstrombetriebsmodus zu beenden, sobald der Ladestand (L) den Grenzwert (LG) überschreitet.
11 . Brennstoffzellensystem (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei der Verdichter (13) des Brennstoffzellensystems (3) ein erster Verdichter ist, und das Fahrzeug (7) einen zweiten Verdichter (21 ) aufweist, wobei die Brennstoffzellensteuerung (9) dazu eingerichtet ist, den zweiten Verdichter (21 ) derart anzusteuern, dass der Druckluftversorgung (19) druckbeaufschlagte Luft zuführt wird, wenn der Luftdruck (p) der Druckluftversorgung (19) unterhalb des Schwellwertes (po) für die aerostatische Unterstützung liegt.
12. Brennstoffzellensystem (3) nach Anspruch 11 , wobei die Brennstoffzellensteuerung (9) dazu eingerichtet ist, den zweiten Verdichter (21 ) derart anzusteuern, dass ein vorbestimmter Betriebsdruck in der Druckluftversorgung eingestellt wird, wobei vorzugsweise der Schwellwert (po) für die aerostatische Unterstützung und/oder für die Ansteuerung des ersten Verdichters (13) kleiner oder gleich dem Betriebsdruck in der Druckluftversorgung ist, vorzugsweise unterhalb des Betriebsdrucks in der Druckluftversorgung liegt.
13. Brennstoffzellensystem (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Druckluftversorgung (19) einen Druckluftbehälter (23) aufweist, und die Druckluftschnittstelle (17) der Lageranordnung (15) fluidleitend mit der Druckluftschnittstelle (17) der Lageranordnung (15) verbindbar ist.
14. Brennstoffzellensystem (3) nach Anspruch 13, wobei die Messeinrichtung (33) einen Drucksensor (35) aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, einen Luftdruck (p) in der Druckluftversorgung (19) zu erfassen, der Druckluftbehälter (23) mit dem Drucksensor (35) wirkverbunden ist, und die Brennstoffzellensteuerung (9) eine Datenschnittstelle (11 ) zur signalleitenden Verbindung mit dem Drucksensor (35) aufweist, vorzugsweise eine BUS- Schnittstelle, insbesondere eine CAN-BUS-Schnittstelle.
15. Fahrzeug (1 ), insbesondere Nutzfahrzeug (1 ), mit einem Brennstoffzellensystem (3), insbesondere einem Brennstoffzellensystem (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug (1 ) eine Druckluftversorgung (19) aufweist, und wobei das Brennstoffzellensystem (3) aufweist:
- einen Verdichter (13) zur kathodenseitigen Luftversorgung einer Brennstoffzelle, wobei der Verdichter (13) eine aerostatisch unterstützte Lageranordnung (15) aufweist, wobei die Lageranordnung (15) eine Druckluftschnittstelle (17) aufweist, welche zur aerostatischen Unterstützung fluidleitend mit der Druckluftversorgung (19) verbunden ist, und
- eine Brennstoffzellensteuerung (9), die dazu eingerichtet ist, den Verdichter (13) in Abhängigkeit einer bereitzustellenden elektrischen Leistung (Pei) anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1 ) eine Messeinrichtung (33) zur Ermittlung eines Luftdrucks (p) der Druckluftversorgung (19) aufweist, und die Brennstoffzellensteuerung (9) signalleitend mit der Messeinrichtung (33) verbunden und dazu eingerichtet ist, bei Empfang eines Startwunschs für das Brennstoffzellensystem (3) den Verdichter (13) in Abhängigkeit des Luftdrucks (p) der Druckluftversorgung (19) anzusteuern.
16. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 15, wobei der Verdichter (13) des Brennstoffzellensystems (3) ein erster Verdichter (13) ist, und das Fahrzeug (1 ) einen zweiten Verdichter (21 ) aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, der Druckluftversorgung (19) druckbeaufschlagte Luft zuzuführen, wobei die Druckluftversorgung (19) dazu eingerichtet ist, den Luftdruck (p) in der Druckluftversorgung (19) mittels des zweiten Verdichters (21 ) auf einen vorbestimmten Betriebsdruck einzustellen, wobei vorzugsweise das Fahrzeug (1 ) ein Brennstoffzellensystem (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 14 aufweist, wobei der Schwellwert (po) für die aerostatische Unterstützung und/oder für die Ansteuerung des ersten Verdichters (13) kleiner oder gleich dem Betriebsdruck ist, vorzugsweise unterhalb des Betriebsdrucks liegt.
17. Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems (3) zum Antreiben eines Fahrzeugs (1 ), insbesondere eines Brennstoffzellensystems (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, umfassend die Schritte:
- Empfangen eines Startwunschs für das Brennstoffzellensystem (3),
- fluidleitendes Verbinden einer Lageranordnung (15) eines Verdichters (13) des Brennstoffzellensystems (3) zur aerostatischen Unterstützung mit einer Druckluftversorgung (19) des Fahrzeugs (1 ), und
- Ansteuern des Verdichters (13) zur kathodenseitigen Luftversorgung einer Brennstoffzelle, wobei das Ansteuern des Verdichters (13) in Abhängigkeit des Luftdrucks (p) der Druckluftversorgung (19) erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 16, umfassend einen, mehrere oder sämtliche der Schritte:
- Erzeugen elektrischer Energie, vorzugsweise mittels Ansteuern des Brennstoffzellensystems (3) durch die Brennstoffzellensteuerung (9);
- Ermitteln eines Luftdrucks (p) der Druckluftversorgung (19);
- Empfangen und Verarbeiten eines für den ermittelten Luftdruck (p) repräsentativen Signals mittels der Brennstoffzellensteuerung (9) derart, dass der Verdichter (13) angesteuert wird;
- selektiv Sperren oder Freigeben der aerostatischen Unterstützung, insbesondere mittels Ansteuern eines Absperrorgans (31 ); - Starten der aerostatischen Unterstützung, sobald der Luftdruck (p) der Druckluftversorgung (19) einen vorbestimmten Schwellwert (po) erreicht oder überschreitet;
- Starten des Verdichters (13), nachdem die aerostatische Unterstützung freigegeben worden ist;
- Unterbinden eines Starts des Verdichters (13), solange die aerostatische Unterstützung gesperrt ist;
- Starten des Verdichters (13), sobald der Luftdruck (p) der Druckluftversorgung (19) einen vorbestimmten Schwellwert (po) erreicht oder überschreitet, wobei vorzugsweise der Schwellwert (po) bei 4,0 bar oder darüber liegt, vorzugsweise bei 5,0 bar oder darüber, weiter vorzugsweise bei 7,0 bar oder darüber, und besonders bevorzugt bei 8,0 bar oder darüber;
- Einstellen des Schwellwerts (po) mittels externer Dateneingabe;
- Zuführen der erzeugten elektrischen Energie zu einem elektrischen Speicher (5);
- Ermitteln eines Ladestands (L) des elektrischen Speichers (5), und Starten des Verdichters (13) zum Betrieb der Brennstoffzelle in einem Notstrombetriebsmodus, sobald der Ladestand (L) einen vorbestimmten Grenzwert (LG) erreicht oder unterschreitet, insbesondere unabhängig vom Absperrorgan (31 );
- Ansteuern des Absperrorgans (31 ) in dem Notstrombetriebsmodus zum Freigeben der aerostatischen Unterstützung, insbesondere unabhängig vom Luftdruck (p) der Druckluftversorgung (19);
- Beenden des Notstrombetriebsmodus, sobald der Ladestand (L) den Grenzwert (LG) überschreitet;
- Zuführen von druckbeaufschlagter Luft zu der Druckluftversorgung (19), vorzugsweise derart, dass der Luftdruck (p) auf einen vorbestimmten Betriebsdruck eingestellt wird, wobei weiter vorzugsweise der Schwellwert (po) für die aerostatische Unterstützung und/oder für die Ansteuerung des ersten Verdichters (13) kleiner oder gleich dem Betriebsdruck ist, vorzugsweise unterhalb des Betriebsdrucks liegt.
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