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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, dessen Antriebsleistung aus einer Brennstoffzelle und einem elektrischen Energiespeicher stammt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Fahrzeuge werden umgangssprachlich auch als Brennstoffzellenfahrzeuge bezeichnet. Typischerweise liefert die Brennstoffzelle den größten Teil der notwendigen elektrischen Antriebsleistung. Darüber hinaus ist eine elektrische Energiespeichereinrichtung, beispielsweise eine Batterie, ein Hochleistungskondensator oder eine Kombination hiervon in dem Fahrzeug vorhanden, um beim Abbremsen rekuperierte Energie zwischenzuspeichern. Hierdurch lassen sich Leistungsspitzen abfedern, da die Brennstoffzelle typischerweise nicht so dynamisch reagieren kann, wie eine elektrische Energiespeichereinrichtung. Je nach Größe der elektrischen Energiespeichereinrichtung und je nachdem, ob diese ausschließlich in dem Fahrzeug oder auch über eine Ladestation von außerhalb des Fahrzeugs (Plug-In Technologie) geladen wird, lassen sich auch größere Strecken rein elektrisch mit gespeicherter Energie fahren, insbesondere dann, wenn geringe Fahrtgeschwindigkeiten ausreichend sind, beispielweise im Stadtverkehr.
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In der Praxis ist es so, dass die Brennstoffzelle typischerweise mit Umgebungsluft des Fahrzeugs betrieben wird. Über diese Luft wird der für die Brennstoffzelle notwendige Sauerstoff bereitgestellt. Nun ist es so, dass die Luft Schadstoffe aufweisen kann, beispielsweise Schwefelverbindungen, Stickstoffverbindungen wie Stickoxide, Ammoniak oder flüchtige organische Verbindungen, die sogenannten VOCs. In der Praxis ist es so, dass derartige Schadstoffe in der Luft die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle reduzieren. Schwefelverbindungen reagieren beispielsweise irreversibel mit den Katalysatoren im Kathodenbereich der Brennstoffzelle und rufen eine erhebliche Degradation der Brennstoffzelle hervor. Auch Stickstoffverbindungen reagieren stark, sind jedoch größtenteils über einen geeigneten Prozessablauf reversibel wieder entfernbar. Die flüchtigen organischen Verbindungen sind überwiegend noch in der Erforschung, wobei bisherige Erkenntnisse, auch aufgrund der umfassenden Bezeichnung dieser Schadstoffgruppe, sowohl auf starke bis leichte als auch auf reversible bis irreversible Degradationen hindeuten.
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Bezüglich der Lastzustände der Brennstoffzelle kommt es nach aktuellen Untersuchungen am ehesten auf die Menge des Schadstoffs in der von der Brennstoffzelle benötigten Luftmenge an. Dementsprechend sind bei Volllastbetrieb der Brennstoffzelle und einer dementsprechend höheren benötigten Luftmenge auch höhere Beeinträchtigungen aufgrund der höheren zugeführten Schadstoffmenge zu erwarten. Das elektrische Potenzial selbst scheint dabei einen eher vernachlässigbaren Einfluss auf die Degradation zu haben.
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Das oben beschriebene Problem wurde beispielsweise in der
EP 1 233 879 B1 erkannt und thematisiert. Dort wird vorgeschlagen, dass die Luftverschmutzung bzw. die toxischen Substanzen in der Luft über einen Sensor erfasst werden, wobei dann, wenn es der Ladezustand der Batterie zulässt, die Brennstoffzelle in einen Stopp-Modus wechselt und der Betrieb des Fahrzeugs vorübergehend ausschließlich aus der Batterie bzw. der elektrischen Energiespeichereinrichtung erfolgt. Nachteilig ist es dabei, dass durch das beschriebene Verfahren jeweils nur kurze Fahrstrecken im reinen Batteriebetrieb zurückgelegt werden können, insbesondere eine Fahrstrecke, welche dem Ladezustand der Batterie zu Beginn der Abschaltung der Brennstoffzelle proportional ist. Darüber hinaus ist die Messung über einen Sensor vergleichsweise aufwändig, da verschiedene Verbindungen an Luftschadstoffen vorliegen, welche alle mehr oder weniger viel Einfluss auf die Degradation der Brennstoffzelle haben. Diese alle zu messen wäre entsprechend aufwändig. Einen einzigen Schadstoff als Leitsubstanz für die Luftverschmutzung herauszugreifen, ist schwierig, da die Luftverschmutzung je nach örtlicher Gegebenheit deutlich variieren kann. Leicht zu messende Schadstoffe, wie beispielsweise das Kohlenmonoxid – wie in der genannten
EP 1 233 879 B1 – eignen sich generell nicht als Leitsubstanz, um die Luftverschmutzung im Allgemeinen zuverlässig zu erfassen.
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Ferner ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, dass zur Steuerung des Ladezustands einer Batterie in einem Hybridfahrzeug-Steuersystem selbstlernend Fahrstrecken erfasst und der Ladezustand entsprechend dieser Fahrstrecke optimiert wird. Rein beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die
DE 10 2011 018 182 A1 verwiesen. Daneben ist es bekannt, über ein satelliten gestützes Navigationssystem, z. B. via GPS, geplante Fahrtrouten zu erfassen und so beispielsweise die Batterie bei einer Bergauffahrt leer zu fahren, da mit einer nachfolgenden Bergabfahrt und der Möglichkeit, die Batterie über Rekuperation wieder zu laden, gerechnet wird.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, das im gattungsgemäßen Stand der Technik beschriebene Verfahren weiterzubilden, um dieses weiter zu verbessern und eine Belastung der Brennstoffzelle mit Schadstoffen noch weiter zu minimieren.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass der Grad der Luftverschmutzung aus der aus dem Navigationssystem bekannten Position des Fahrzeugs und aus der für diese Position gespeicherten mittleren Verschmutzung ermittelt werden. Das Fahrzeug verfügt also zusätzlich zu den Bauteilen im gattungsgemäßen Fahrzeug über ein Navigationssystem. Über das Navigationssystem lässt sich die Verschmutzung sehr viel einfacher ableiten als über einen entsprechenden Sensor. Es reicht aus, wenn Karten mit einer mittleren Verschmutzung vorliegen. Diese können beispielsweise in dem Fahrzeug gespeichert werden, oder lassen sich in einer Datenbank speichern und über Telekommunikationsmittel an das Fahrzeug weiterleiten. Neben empirisch erfassten Daten lassen sich dort auch die Messwerte von aktuellen Messstationen mit verarbeiten, sodass beispielsweise in einer Datenbank immer die aktuelle Verschmutzungslage für relevante Punkte, beispielsweise im Bereich stark belasteter Autobahnkreuze, Stadtautobahnen oder dergleichen, vorliegen. So lassen sich sehr einfach und effizient die Verschmutzungsgrade aus der Position des Fahrzeugs und diesen gespeicherten bzw. hinterlegten Daten ermitteln. Vergleichbar wie im Stand der Technik kann dann entschieden werden, ob die Brennstoffzelle im Stopp-Modus oder einen abgeschalteten Modus betrieben wird, jeweils in Abhängigkeit des Ladezustands und der Luftverschmutzung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann es dabei ferner vorgesehen sein, das Fahrzeug, wenn es sich gemäß dem Navigationssystem einer Zone mit erhöhter Luftverschmutzung nähert, mit entsprechender Überschussleistung der Brennstoffzelle betrieben wird, um den elektrischen Energiespeicher vor dem Erreichen der Zone mit erhöhter Luftverschmutzung noch weitmöglichst aufzuladen. Bei der Einfahrt in die Zone mit erhöhter Luftverschmutzung wechselt die Brennstoffzelle dann in den Stopp-Modus und die Antriebsleistung wird aus der zuvor, vorausschauend auf den Eintritt in eine solche Zone mit erhöhter Luftverschmutzung im Idealfall vollgeladenen Batterie betrieben.
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Unter dem Stopp-Modus für die Brennstoffzelle ist dabei ein Modus zu verstehen, bei dem diese in einem Bereitschaftsmodus verharrt und sehr schnell wieder gestartet werden kann. Ein solches Verhalten ist für den Fachmann aus dem Bereich der Start/Stopp-Systeme bei Brennstoffzellenfahrzeugen bekannt. Hierzu wird auf das europäische Patent
EP 2 462 467 B1 der Anmelderin verwiesen. Im Rahmen dieses europäischen Patents ist dabei unter anderem ein sogenannter Refresh beschrieben, und zwar in der genannten Patentschrift insbesondere im Abschnitt [0028]. Ein solcher Refresh kann unter bestimmten Umständen sinnvoll sein um zu verhindern, dass sich Spannungen im Bereich der Brennstoffzelle während des Stopp-Modus ausbilden, welche die Brennstoffzelle nachhaltig schädigen. Im Falle des Betriebs des Brennstoffzellenfahrzeugs in einer Zone erhöhter Luftverschmutzung, kann es jedoch nun von Nachteil sein, einen solchen Refresh durchzuführen, weil dann die verschmutzte Luft in die Brennstoffzelle gelangen würde. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher vorgesehen, dass ein Refresh der Brennstoffzelle unterdrückt wird, solange sich das Fahrzeug in der Zone erhöhter Luftverschmutzung befindet.
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Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung dieser Idee kann es außerdem vorgesehen sein, dass falls die Gefahr besteht, dass ohne Refresh für die Lebensdauer ungünstige Spannungen in der Brennstoffzelle auftreten, ein Refresh durchgeführt wird, und zwar bevorzugt in einem weniger stark durch die Luftverschmutzung belasteten Bereich der Zone mit erhöhter Luftverschmutzung, wenn keine Durchquerung der belasteten Zone aus der Batterie allein möglich ist. Ist hingegen ein Durchqueren der Zone aus der Batterie alleine möglich, dann wird die Brennstoffzelle aus dem Stopp-Modus in einen abgestellten Modus verbracht, also gänzlich abgestellt. Dies hat zwar den Nachteil einer gewissen notwendigen Wiederstartzeit nach dem Verlassen der Zone erhöhter Luftverschmutzung, schont jedoch die Brennstoffzelle hinsichtlich einer Degradation durch Luftschadstoffe.
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Um die elektrische Energie in dem elektrischen Energiespeicher ideal auszunutzen, ist es vorgesehen, dass die Brennstoffzelle ab einem vorgegebenen minimalen Ladezustand des elektrischen Energiespeichers gestartet wird, und zwar nur dann, falls am Ziel gemäß dem Navigationssystem keine Ladestation verfügbar ist. Bevor das Fahrzeug stehen bleibt, wird also die Brennstoffzelle gestartet und es wird in Kauf genommen, dass diese durch die Luftverschmutzung belastet wird. Der Betrieb der Brennstoffzelle in der Zone erhöhter Luftverschmutzung erfolgt dabei nur soweit notwendig, um den elektrischen Energiespeicher soweit aufzuladen, dass die Zone durchfahren werden kann. Die Brennstoffzelle wird also so gering wie möglich mit den Schadstoffen belastet. Ist hingegen bekannt, dass am Ziel gemäß dem Navigationssystem eine Ladestation verfügbar ist, und ist das Fahrzeug so ausgestaltet, dass es von extern nachgeladen werden kann, handelt es sich also um ein Plug-In-Fahrzeug, dann wird der elektrische Energiespeicher bis auf einen Ladezustand von annähernd Null leer gefahren, da ja dort eine Aufladung zu erwarten ist. Eine solche Ladestation kann beispielsweise an einem öffentlichen Parkplatz, insbesondere aber an einem Parkplatz beim Nutzer des Fahrzeugs zu Hause, oder an seinem Arbeitsplatz verfügbar sein, was in dem Navigationssystem gespeichert ist.
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Immer dann, wenn die Leistung aus dem elektrischen Energiespeicher nicht zum Betreiben des Fahrzeugs ausreicht bzw. wenn der Fahrer eine höhere Leistung anfordert, beispielsweise indem er dies manuell eingibt oder durch das Betätigen eines Kickdown-Schalters am Gaspedal anzeigt, wird die Brennstoffzelle gestartet, da die gewünschte Leistungsversorgung für den Fahrer des Fahrzeugs Vorrang gegenüber einer Schonung der Brennstoffzelle hat.
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Dennoch ist es bei dem Verfahren möglich, die Schadstoffe weitgehend von der Brennstoffzelle fernzuhalten, sodass die Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle aufgrund der Luftschadstoffe hinausgezögert werden kann, sodass die Brennstoffzelle eine höhere Lebensdauer erfährt, ehe sich ihre Leistung durch die aufgenommenen Luftschadstoffe verschlechtert.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich ferner aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
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Dabei zeigen:
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1 ein schematisch angedeutetes Fahrzeug in einer möglichen Ausführungsform gemäß der Erfindung;
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2 ein Diagramm, welches den relativen Anteil der Brennstoffzellenaktivität, des Akkuladezustands und des Verschmutzungsgrades über einer fiktiven Wegstrecke anzeigt; und
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3 ein Ablaufdiagramm für eine mögliche Ausführungsvariante eines Verfahrens gemäß der Erfindung.
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In der Darstellung der 1 ist ein mit 1 bezeichnetes Fahrzeug prinzipmäßig angedeutet. Das Fahrzeug 1 wird durch einen elektrischen Antriebsmotor 2 angetrieben, welcher die über eine gemeinsame Achse 4 verbundenen und angetriebenen Räder 3 in der hier dargestellten stark schematisierten Ausführungsform antreibt. Die elektrische Leistung für den elektrischen Fahrmotor 2 wird über eine Leistungselektronik 5 bereitgestellt und aufbereitet. In Verbindung mit der Leistungselektronik 5 findet sich ein elektrischer Energiespeicher 6, beispielsweise eine Batterie oder eine Kombination aus Batterie und Hochleistungskondensator. Genauso gut wäre eine Bank von Hochleistungskondensatoren alleine denkbar, wobei sich in der Praxis insbesondere eine Kombination aus beiden Bauteilen bewährt hat, um über die Hochleistungskondensatoren kurzzeitig hohe Leistungen zu speichern bzw. bereitzustellen und diese über die Batterie langfristig speichern zu können. Neben der elektrischen Energiespeichereinrichtung 6 liefert eine mit 7 bezeichneten Brennstoffzelle elektrische Antriebsleistung für das Fahrzeug 1. Die elektrische Energiespeichereinrichtung 6 kann dabei im Falle eines Abbremsens des Fahrzeugs 1 durch Rekuperation, also durch den generatorischen Betrieb des elektrischen Antriebsmotors 2, aufgeladen werden. Ansonsten kann der von der Brennstoffzelle 7 erzeugte zum Antrieb des Fahrmotors 2 nicht benötigte Teil der elektrischen Leistung in der elektrischen Energiespeichereinrichtung 6 eingespeichert werden. Die Brennstoffzelle 7 – beispielsweise eine PEM-Brennstoffzelle – ist dabei so aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie weist einen Kathodenraum 8 und einen Anodenraum 9 auf. Dem Kathodenraum 8 wird Luft über eine Luftfördereinrichtung 10 zur Verfügung gestellt, welche beispielsweise als Strömungsverdichter ausgebildet ist, und welche von einem elektrischen Antriebsmotor 11 über die Leistungselektronik 5 angetrieben wird. Über eine Ansaugöffnung 12, in deren Bereich sich ein hier nicht dargestellter Luftfilter befindet, strömt die angesaugte Luft über eine Zuluftleitung 13 in den Bereich der Brennstoffzelle. Nichtbenötigte Abluft verlässt das Fahrzeug über die Abluftleitung 14. Anodenseitig wird die Brennstoffzelle 7 aus einem Druckgasspeicher 15 über eine Druckregel- und Dosiereinheit 16 mit Wasserstoff versorgt. Nicht benötigter Wasserstoff gelangt über eine Abgasleitung 17 aus dem System. Hier wären weitere Aufbauten, wie beispielsweise eine Rezirkulation des Wasserstoffs und dergleichen denkbar. Dies ist dem Fachmann für Brennstoffzellensysteme geläufig, sodass auf eine detaillierte Darstellung verzichtet werden kann. Vergleichbares gilt kathodenseitig für Elemente wie eine Abluftturbine, einen Befeuchter, einen Ladeluftkühler und dergleichen.
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In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel des Fahrzeugs in 1 soll es sich um ein Plug-In-Fahrzeug 1 handeln. Es verfügt zusätzlich über ein Ladegerät 21, welches über ein angedeutetes Kabel 22 mit einer Ladestation 23 verbunden werden kann. Eine solche Ladestation 23 kann sich beispielsweise in einer Garage des Nutzers des Fahrzeugs 1 befinden, sodass er das Fahrzeug 1 beispielsweise im abgestellten Zustand jeweils nachladen kann. Außerdem ist die Verwendung von weiteren Ladestationen, wie sie beispielsweise auf öffentlichen Parkflächen, auf Parkplätzen für Firmenangehörige etc. zu finden sind, denkbar.
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Das Fahrzeug 1 verfügt außerdem über ein an sich bekanntes Navigationssystem 18, welches beispielsweise über einen angedeuteten Satellitenempfänger 19 via GPS oder ähnlichen Technologien die örtliche Position des Fahrzeugs bestimmen kann. Das Navigationssystem 18 verfügt außerdem über eine mit 20 bezeichnete Telekommunikationseinrichtung, um so Daten, beispielsweise aus einer aktuellen Datenbank, über bestimmte Vorkommnisse und Ereignisse im Bereich der Position des Fahrzeugs 1 abrufen zu können. Die Quelle kann hier beispielsweise eine Internetverbindung oder eine Datenverbindung zu entsprechenden Datenbanken, beispielsweise des Herstellers des Fahrzeugs 1, sein.
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In der Praxis ist es nun so, dass die Luft, welche über die Ansaugöffnung 12 und die Luftfördereinrichtung 10 in die Brennstoffzelle 7 bzw. ihren Kathodenraum 8 gelangt, typischerweise mit Schadstoffen belastet ist. Die Schadstoffe in der Luft sind dabei meist auf äußere Umstände zurückzuführen, beispielsweise auf Gebiete mit häufigen Staus, Tunnels, in denen die Schadstoffe nicht so gut abziehen können, Parkhäuser, landwirtschaftliche Betriebe in der Nähe, welche für einen erhöhten Anteil von flüchtigen organischen Verbindungen in der Luft sorgen, oder dergleichen. Viele dieser Schadstoffe reagieren reversibel oder irreversibel mit den Katalysatoren im Kathodenbereich 8 des Brennstoffzellensystems und beeinträchtigen so die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle 7. Das Ziel ist es deshalb, eine Belastung der Brennstoffzelle 7 mit solchen Schadstoffen entsprechend zu reduzieren, indem die Brennstoffzelle 7 in Bereichen mit besonders stark verschmutzter Luft nicht oder nicht so häufig betrieben wird.
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Hierfür ist es nun vorgesehen, dass diese Bereiche mit mehr oder minder stark verschmutzter Luft, beispielsweise entsprechend einer Einteilung in mehrere Verschmutzungskategorien, in einer Datenbank für das Navigationssystem 18 verfügbar hinterlegt sind, oder direkt in dem Navigationssystem 18, in dessen Kartenmaterial, gespeichert sind. Ist nun aus der Programmierung des Navigationssystems 18 klar, dass das Fahrzeug 1 sich einer solchen Zone erhöhter Luftverschmutzung, welche nachfolgend auch als belastete Zone bezeichnet wird, nähert, dann wird der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 6 geprüft und ein Betrieb der Brennstoffzelle 7 mit entsprechender Überschussleistung wird initiiert, um den elektrischen Energiespeicher 6 bis zum Eintritt in die belastete Zone nach Möglichkeit vollständig vollzuladen, sodass in der belasteten Zone mit elektrischer Leistung aus der elektrischen Energiespeichereinrichtung möglichst weit gefahren werden kann. Der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 6 wird also durch eine Vorhersage einer belasteten Zone, wie beispielsweise einer Stadtautobahn, eines Tunnels, eines aktuell auftretenden Staus, eines Parkhauses oder dergleichen, vorausschauend angepasst. Im Idealfall ist bis zum Eintritt in die belastete Zone der elektrische Energiespeicher 6 vollgeladen bzw. so weit aufgeladen, dass die belastete Zone nach Möglichkeit vollständig elektrisch durchfahren werden kann. Mit dem Eintritt in die belastete Zone bzw. im Idealfall kurz bevor das Fahrzeug 1 in die belastete Zone einfährt, wird dann die Brennstoffzelle 7 idealerweise in einen Standby-Modus, beispielsweise einen sogenannten Stopp-Modus, vergleichbar zum Stopp-Modus bei einem Start/Stopp-System gebracht.
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In der Darstellung der 2 ist ein solcher Betrieb beispielhaft zu erkennen. Auf der Y-Achse ist der jeweils relative Anteil dargestellt, auf der X-Achse die Strecke. Die mit I bezeichnete Kurve zeigt den Verschmutzungsgrad der Luft, die mit II bezeichnete Kurve den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 6 und die mit III bezeichnete Kurve die Aktivität der Brennstoffzelle 7. Im ersten Streckenabschnitt A, welcher den Normalbetrieb anzeigt, schwankt der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 6 und die Aktivität der Brennstoffzelle in etwa gleichmäßig. Die Luftverschmutzung I ist entsprechend gering. Über das Navigationssystem 18 ist nun bekannt, dass die Fahrtroute in Richtung einer belasteten Zone C führt, welche im ganz rechts gezeigten Abschnitt der Strecken-Achse dargestellt ist. Diese Fahrt in Richtung der belasteten Zone C ist in 2 mit B bezeichnet. Die Brennstoffzelle 7 wird so betrieben beziehungsweise verfügbare Möglichkeiten zur Rekuperation werden so genutzt, dass der Ladezustand II des elektrischen Energiespeichers 6 ansteigt, idealerweise auf einen maximalen Ladezustand am Übergang von der Fahrtstecke B in die belastete Zone C. In diesem Punkt wird dann die Aktivität III der Brennstoffzelle 7 reduziert und sinkt auf Null ab, sodass in der belasteten Zone C der Betrieb ausschließlich mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher 6 erfolgt. Gleichzeitig steigt im Bereich der belasteten Zone C die Luftverschmutzung beziehungsweise der Grad I der Luftverschmutzung entsprechend an. Am Ende der Strecke C ist der Ladezustand deutlich abgesunken. Schließt sich hier nun ein Normalbetrieb oder ein Betrieb in einer Strecke B an, dann kann der Ladezustand erhöht werden, die Brennstoffzellenaktivität nimmt zu und der ganze Ablauf kann von Neuem beginnen.
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Um eine Belastung der Brennstoffzelle 7 mit Schadstoffen gänzlich auszuschließen, startet dabei das Wechseln der Brennstoffzelle 7 in den Stopp-Modus und der Betrieb mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher 6 im Idealfall um ein kleines Wegstück b bevor in die belastete Zone C beginnt, wie aus der Darstellung der 2 zu erkennen ist.
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In einem solchen Stopp-Mode, wie er beispielsweise aus dem eigenen
EP Patent 2 462 647 B1 bekannt ist, wird typischerweise nach einer gewissen Zeit beziehungsweise wenn die Spannungen in der Brennstoffzelle
7 sich für die Lebensdauer der Brennstoffzelle
7 ungünstig entwickeln, ein sogenannter Refresh durchgeführt. Dies ist im Detail beispielsweise im Abschnitt [0028] des genannten EP Patents beschrieben. In einem solchen Fall würde wieder Luft in die Brennstoffzelle
7 gelangen, was auf Grund der zu erwartenden Verschmutzung und Belastung der Luft in der belasteten Zone nicht gewünscht ist. Der Refresh wird in der belasteten Zone also unterdrückt, um die Schadstoffbelastung der Brennstoffzelle
7 zu minimieren. Ist damit zu rechnen, dass auf Grund des unterdrückten Refreshs Spannungen auftreten, welche für die Lebensdauer der Brennstoffzelle
7 gemäß dem oben beschriebenen Abschnitt des EP Patents kritisch sind, dann wird die Brennstoffzelle
7 vollständig abgeschaltet, wenn davon ausgegangen werden kann, dass der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers
6 zum Passieren der belasteten Zone ausreicht. Ist dies nicht der Fall, dann kann mit der Energie aus dem elektrischen Energiespeicher nach Möglichkeit primär in einem Teilabschnitt der belasteten Zone gefahren werden, in welcher dieser die höchste Belastung hat. In einem weniger hoch belasteten Abschnitt der belasteten Zone kann dann ein Betrieb der Brennstoffzelle vorgenommen werden, wenn der Refresh unumgänglich ist. Die höchsten Schadstoffbelastungen sind typischerweise für Tunnel zu erwarten. Auf Grund der Länge ist davon auszugehen, dass diese mit vollgeladenem elektrischen Energiespeicher
6 im Normalfall passierbar sind, ohne dass die Brennstoffzelle
7 des Brennstoffzellensystems gebraucht wird.
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Ein entsprechender Ablaufplan, welcher den komplexen möglichen Ablauf zeigt, findet sich in 3. Hier ist auch berücksichtigt, dass das Fahrzeug 1 über die optionale Plug-In-Funktion, also das Ladegerät 21 zur Ermöglichung einer Aufladeverbindung mit einer Ladestation 23 verfügt. Ist dies der Fall, dann kann, wenn am Ziel des im Navigationssystem 18 programmierten Weges eine Ladestation 23 zu erwarten ist, die Brennstoffzelle 7 in den Stopp-Modus wechseln oder ganz ausgeschaltet werden, wenn erkennbar ist, dass der verbleibende Ladezustand in dem elektrischen Energiespeicher 6 ausreicht, um den Weg bis zur Ladestation 23 zurückzulegen.
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Das Verfahren lässt sich insbesondere in Innenstädten anwenden, da hier meist nur geringe Geschwindigkeiten notwendig sind, welche problemlos mit der Energie aus der elektrischen Energiespeichereinrichtung 6 erreicht werden können. Typischerweise sind dort auch die Schadstoffwerte entsprechend hoch, sodass sich hier die idealen Synergien für das erfindungsgemäße Verfahren ergeben.
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Muss die Brennstoffzelle dennoch eingeschaltet werden, weil der Ladezustand der elektrischen Energiespeichereinrichtung 6 nicht ausreicht, oder weil der Fahrer ein Einschalten der Brennstoffzelle 7 beispielsweise über einen Kick-Down oder einen manuellen Start der Brennstoffzelle anfordert, dann sollte diese idealerweise mit keinen allzu hohen Spannungswerten betrieben werden, um die Belastung gering zu halten. Sofern es die Messtechnik einer Umfelderfassung des Fahrzeugs, beispielsweise Sensoren, Kameras, Radar oder ähnliches ermöglicht, kann auch implementiert werden, dass im Bereich bekannter Schadstoff emittierender Objekte, beispielsweise am Berg fahrenden Lastkraftwägen, im Bereich von Tankstellen oder Bauernhöfen, die Brennstoffzelle 7 vorübergehend in den Stopp-Modus gebracht wird, wenn dies ohne eine Einschränkung der Geschwindigkeit der Fahrt möglich ist. Hierdurch lassen sich Konzentrationsspitzen von Schadstoffen, welche in die Brennstoffzelle 7 eindringen können, ideal vermeiden. Da Fahrzeuge 1, insbesondere wenn sie zunehmend selbsthändig fahren, über die genannten Sensoren sowieso verfügen, lässt sich dies ohne zusätzlichen Aufwand über eine Anpassung der Software sehr einfach realisieren.
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Letztlich führt das Verfahren zu einer längeren Lebensdauer der Brennstoffzelle 7. Damit wirken sich die genannten Effekte positiv auf die TCO (Total Cost of Ownership) für den Inhaber des Fahrzeugs aus. Wartungsintervalle können verlängert werden und der Kunde muss weniger häufig zum Service beziehungsweise das Fahrzeug 1 hat weniger Standzeiten. Dies ist ein erheblicher Vorteil, sowohl für den privaten Anwender, als auch für die Anwendung innerhalb einer Fahrzeugflotte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1233879 B1 [0005, 0005]
- DE 102011018182 A1 [0006]
- EP 2462467 B1 [0011]
- EP 2462647 B1 [0028]
