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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Steuergerätes, welches in einem Fahrzeug angeordnet ist und mit einem im Fahrzeug angeordneten Brennstoffzellensystem und Energiespeicher verbunden ist, wobei das Fahrzeug über einen elektrischen Antrieb verfügt.
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Stand der Technik
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Bei Fahrzeugen mit Antriebssystemen mit Brennstoffzellensystemen (auch als FCS bezeichnet, engl.: fuel cell system) wird beim Abstellen des Fahrzeugs eine Abschaltprozedur für das Brennstoffzellensystem durchgeführt. Dabei wird unter anderem auch ein Kathodenpfad mit einem Luftsystem und einem Stack getrocknet, um nachfolgendes Einfrieren von verbleibendem Wasser oder Wasserdampf im Kathodenpfad und in der Sensorik zu vermeiden.
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Das Trocknen des Kathodenpfads erfolgt typischerweise durch ein Ausblasen. Dabei muss eine Einrichtung zur Förderung eines Luftvolumenstroms, z. B. ein Luftverdichter, ein Gebläse oder ein Druckluftspeicher kurzfristig hohe Volumenströme liefern, was zu einer unangenehmen, störenden Geräuschemission führt (auch als NVH bezeichnet, engl.: noise vibration harshness). Während der Abschaltprozedur können weitere Aktoren zur Geräuschemission beitragen.
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Geräuschentwicklungen sind insbesondere während des Abstellens (Abschaltprozeduren) und nach dem Abstellen von Fahrzeugen (Nachlaufprozeduren) unangenehm bzw. störend, da sie nicht wie während der Fahrt von weiteren signifikanten Geräuschen (Luftströmung um Chassis, Abrollen der Reifen, andere Verkehrsteilnehmer, etc...) überlagert werden.
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Von den meisten Fahrzeugherstellern werden deshalb für die beteiligten Aggregate beim Abstellen bzw. im Nachlauf verschärfte Anforderungen an Geräuschentwicklungen (NVH) gestellt.
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Antriebssysteme mit Brennstoffzellensystem werden zukünftig nicht nur mit Antriebssystemen mit Verbrennungsmotor sondern auch mit reinen batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV) konkurrieren. Dabei sind beim Vergleich mit BEV die NVH-Eigenschaften eines Brennstoffzellenfahrzeugs ein wichtiges Kriterium.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Fahrzeuge mit Brennstoffzellensystem kundenfreundlicher zu gestalten, wobei die Komponenten des Fahrzeugs außerdem für den Betrieb optimiert und kostengünstig verfügbar sein sollen, so dass diese Fahrzeuge im Markt insbesondere auch mit batteriebetriebenen Fahrzeugen konkurrieren können.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Geräuschentwicklungen während des Abstellens und nach dem Abstellen vermieden oder bei Teilanwendung des Verfahrens zumindest deutlich reduziert.
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Erfindungsgemäß ist dazu ein Verfahren zum Betrieb eines Steuergerätes vorgesehen, welches in einem Fahrzeug angeordnet ist und mit einem im Fahrzeug angeordneten Brennstoffzellensystem und Energiespeicher verbunden ist und über einen elektrischen Antrieb verfügt. Das Steuergerät ermittelt eine erste Dauer (t_abschalt) der Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems, weiterhin eine zweite Dauer (t_restweg) einer vom Fahrzeug noch zu fahrenden Restwegstrecke (s_rest), den aktuellen Ladezustand (SOC) des Energiespeichers und eine dritte Dauer (t_vorkond) für die Einstellung eines gewünschten Ladezustandes (SOC_soll) des Energiespeichers. Der Energiespeicher wird auf den gewünschten Ladezustand (SOC_soll) aufgeladen, falls der aktuelle Ladezustand (SOC) nicht ausreicht, um die noch zu fahrende Restwegstrecke (s_rest) zurückzulegen. Weiterhin leitet das Steuergerät die Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems ein. Die Leistungsentnahme zum Betrieb des elektrischen Antriebs erfolgt vollständig aus dem Energiespeicher. Die Abschaltprozedur umfasst einen „geräuschintensiven Zeitraum“, d. h. einen Zeitraum mit zu erwartender signifikanter Geräuschemission. Als „signifikante Geräuschemission“ wird beispielsweise ein Schalldruckpegel von mehr als 20 dB oder mehr als 40 dB bezeichnet, insbesondere mehr als 60 dB oder mehr als 80 dB. Der Schalldruckpegel kann beispielsweise in einem definierten Abstand zum Fahrzeug gemessen werden, beispielsweise 1 m vom Fahrzeug, insbesondere etwa 1 m Motor entfernt. Wichtig sind nicht nur die Geräuschemissionen außerhalb des Fahrzeugs sondern auch innerhalb des Fahrzeugs dort, wo die Insassen im Fahrzeug sitzen. Wenn das Fahrzeug steht bzw. ausgeschaltet ist, kann es sehr irritierend und störend sein, wenn das Fahrzeug noch irgendwelche Geräusche abgibt (z. B. Gebläsegeräusche von der Luftverdichtung, Klicken eines Ventils oder das Fiepen/Pfeifen eines Inverters oder DC/DC-Wandlers. Dabei kommt es nicht nur auf den dB-Wert an sondern auch auf die Art des Geräusches, denn auch leisere aber unangenehme bzw. unbekannte Geräusche können störend sein. Ideal ist wenn das Fahrzeug beim Stillstand keine signifikant hörbaren Geräusche macht.
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Vorteilhaft ist somit, dass die geräuschintensiven Anteile der Abschaltprozedur also bereits während der Fahrt durchgeführt werden, wo sie typischerweise von weiteren Geräuschen durch Luftströmung um die Chassis, Abrollen der Reifen, andere Verkehrsteilnehmer, usw. überlagert werden und deshalb nicht als unangenehm empfunden werden. Vorteilhaft werden mit den Maßnahmen der Erfindung die Geräuschentwicklungen während des Abstellens und nach dem Abstellen vermieden oder bei Teilanwendung des Verfahrens zumindest deutlich reduziert. Hierdurch kann die Akzeptanz der Fahrzeuge mit Brennstoffzellensystemen beim Kunden erhöht werden.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass die beteiligten Vorrichtungen keine verschärften Anforderungen bzgl. NVH für das Abstellen und den Nachlauf erfüllen müssen, so dass das Fahrzeug z. B. durch mehr Auswahl bei den beteiligten Bauteilen kostengünstiger realisiert werden kann. Beispielsweise können dabei auch zusätzliche Geräuschisoliervorrichtungen eingespart werden.
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Die Verlängerung des Zeitraums für die Abschalt- und Nachlaufprozeduren bietet auch die Möglichkeit, weitere Funktionen in Abschalt- oder Nachlaufprozeduren unterzubringen, zum Beispiel zur Regeneration des Stacks oder Plausibilisierungsfunktionen.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass die Betriebsstrategie so optimiert werden kann, dass eine Degradation und Alterung der Bauteile vermindert wird.
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Ein weiterer möglicher Vorteil ist, dass die Abschaltprozedur hinsichtlich des Energiebedarfs optimiert werden kann, wenn mehr Zeit vorhanden ist.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass Wasserlachen beim Abstellen des Fahrzeugs vermieden werden können. Beim Entfeuchten/Ausblasen wird nämlich häufig auch kondensiertes Wasser ausgetragen und auf die Straße abgelassen. Im abgestellten Fall entstehen dadurch Wasserlachen unter bzw. hinter dem Fahrzeug, was nicht nur unschön ist, sondern im Winter auch Frostgefahr und Gefahr durch Glättestellen bedeutet.
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Auch ein wichtiger Vorteil des Verfahrens ist, dass das kondensierte Wasser auf der Restwegstrecke abgelassen und aufgrund der Fahrzeuggeschwindigkeit beim Ablassen verteilt wird.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
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Vorteilhafterweise ist der (alternative) Energiespeicher des Fahrzeugs beispielsweise eine Traktionsbatterie oder kann auch ein weiterer Energiespeicher mit einem Energiewandler sein. Unter dem Begriff „Batterie“ wird in der vorliegenden Offenbarung wie im Sprachgebrauch üblich auch ein Akkumulatorsystem verstanden. Im Folgenden werden die Begriffe „Batterie“ und „elektrischer Energiespeicher“ zur Vereinfachung weitgehend synonym verwendet. Bevorzugt umfasst der alternative Energiespeicher eine Traktionsbatterie oder einen Superkondensator (auch als Supercap oder SC bezeichnet, engl.: supercapacitor). Der alternative Energiespeicher kann dabei auch zur Rückgewinnung von Bremsenergie im Fahrzeug verwendet werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der gewünschte Ladezustand (SOC_soll) groß genug ist, damit die Restwegstrecke (s_rest) vom Fahrzeug zurückgelegt werden kann. Vorteil ist, dass das Brennstoffzellensystem beim Erreichen des Zieles bereits komplett abgeschaltet ist bzw. der Abschaltprozess die NVHkritischen Abschnitte bereits durchlaufen hat und dadurch die Geräuschbelastung beim Abstellen des Fahrzeugs einem reinen batterieelektrisch betriebenen Fahrzeug entspricht.
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Vorteilhafterweise wählt das Steuergerät den Zeitpunkt (t_umschalt) für die Einleitung der Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems und die vollständige Leistungsentnahme zum Betrieb des elektrischen Antriebs aus dem Energiespeicher so, dass die zweite Dauer (t_restweg) der vom Fahrzeug noch zu fahrenden Restwegstrecke (s_rest) größer oder gleich der ersten Dauer (t_abschalt) der Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems ist. Durch dieses Vorgehen kann die Abschaltprozedur während der aktiven Fahrzeit abgeschlossen werden.
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Weiterhin ist vorteilhaft, dass zum Erreichen des gewünschten Ladezustandes (SOC_soll) des Energiespeichers überschüssige Energie aus dem Brennstoffzellensystem in den Energiespeicher transferiert wird. Zur Einstellung des optimalen Ladezustandes der Batterie für die Restwegstrecke kann der gewünschte Ladezustand durch überschüssige Energie aus dem Brennstoffzellensystem angehoben werden, damit die Restwegstrecke rein aus der Batterie zurückgelegt werden kann und dass der angestrebte Ladezustand (ausreichend für das Abstellen aus der Standard-Betriebsstrategie) näherungsweise erreicht wird.
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Die Abschaltprozedur umfasst weiterhin vorteilhafterweise ein Trocknen eines Kathodenpfads des Brennstoffzellensystems.
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Vorteilhafterweise ermittelt das Steuergerät die zweite Dauer (t_restweg) der vom Fahrzeug noch zu fahrenden Restwegstrecke (s_rest) aus Navigationsdaten. Dabei sind aus den Navigationsdaten u.a. Standort, Ziel, Restwegstrecke, etc. bekannt. Während des kompletten Verfahrens sind entsprechende Überwachungsfunktionen (Navigation, Abschätzung Dauer Abschaltung des Brennstoffzellensystems, Abschätzung Restwegstrecke, etc.) aktiv.
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Vorteilhafterweise nimmt das Steuergerät die Einleitung der Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems und die vollständige Leistungsentnahme zum Betrieb des elektrischen Antriebs aus dem Energiespeicher nur dann vor, wenn sowohl die im Energiespeicher vorhandene Energie als auch Leistung ausreichen, um die noch zu fahrende Restwegstrecke (s_rest) zurückzulegen. Somit reicht es nicht nur, die nötige Energie vorzuhalten, es muss auch gewährleistet sein, dass die vom Fahrer angeforderte Leistung aus der Batterie abgerufen werden kann.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
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Figurenliste
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Anhand der einzigen Figur wird im Folgenden die Erfindung näher beschrieben.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges mit Steuergerät und Brennstoffzellensystem.
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Die Figur ist lediglich eine schematische Darstellung der Erfindung bzw. seiner Bestandteile gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in der Figur nicht maßstabsgetreu wiedergegeben.
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1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Steuergerätes 10. Das Fahrzeug 11 weist eine hybride Energiequelle auf, was die Energie für den Elektroantrieb 14 des Fahrzeugs 11 betrifft. Die Energie für den Elektroantrieb 14 kann sowohl aus dem Brennstoffzellensystem 12 als auch aus dem alternativen Energiespeicher 13 stammen. Der Elektroantrieb 14 umfasst beispielsweise einen elektrischen Antriebsstrang (engl. powertrain) mit einer E-Maschine, einer Leistungselektronik und einem Getriebe, wobei letztere als integrierte Antriebsachse ausgeführt sein können.
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Das Fahrzeug 11 ist bevorzugt ein Elektrofahrzeug (auch als EV bezeichnet, engl. electric vehicle) mit Brennstoffzellensystem 12. Alternativ dazu kann das Fahrzeug auch ein Hybridfahrzeug oder ein Plug-In-Hybridfahrzeug mit Brennstoffzellensystem 12 sein und zusätzlich einen Verbrennungsmotor aufweisen, etwa einen Diesel- oder Ottokraftstoffmotor.
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Zusätzlich zu einem elektrischen Antrieb 14 einer Achse kann noch ein weiterer Antrieb eingebaut sein z.B. ein 2-Achsantrieb für Allrad. Insbesondere kann beispielsweise je ein Elektroantrieb mit E-Maschine, Leistungselektronik und Getriebe an einer Achse vorgesehen sein. Es können beide Elektroantriebe (14, 14') mit dem Brennstoffzellensystem 12 und dem alternativen Energiespeicher 14 gekoppelt sein. Es kann auch weitere Kombinationen geben, sodass z.B. eine E-Maschine 14 aus der Batterie 13 gespeist wird und in die Batterie 13 rekuperiert. Auch sind hier weitere Varianten möglich wie z.B. Radnabenantrieb etc.
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Das Brennstoffzellensystem 12 umfasst einen weiteren Energiespeicher 15, z. B. einen H2-Tank, mit einem elektrochemischen Energiewandler. Auch der elektrochemische Energiewandler alleine (ohne H2-Tank) wird manchmal als Brennstoffzellensystem 12 bezeichnet. Das Brennstoffzellensystem 12 umfasst typischerweise galvanische Zellen, welche die chemische Reaktionsenergie eines zugeführten Brennstoffs und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie umwandeln. Das Brennstoffzellensystem 12 kann beispielsweise ein Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzellensystem sein, aber auch auf Ethanol, Methanol oder weiteren Kohlenwasserstoffen basieren. Insbesondere kann das Brennstoffzellensystem PEMFC-Membran-Technologie (Proton Exchange Membran) oder Festoxidbrennstoffzellen (SOFC, Englisch: solid oxide fuel cell) umfassen.
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Vor dem Erreichen eines bestimmten Fahrziels ermittelt das Steuergerät 10 eine erste Dauer t_abschalt der Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems (12). Anschließend wird von dem Steuergerät 10 eine zweite Dauer t_restweg einer vom Fahrzeug (11) noch zu fahrenden Restwegstrecke s_rest ermittelt. Des Weiteren wird ein aktueller Ladezustand SOC des Energiespeichers 13 und eine dritte Dauer t_vorkond für die Einstellung eines gewünschten Ladezustandes SOC_soll des Energiespeichers 13 ermittelt. Das Steuergerät 10 lädt den Energiespeicher 13 auf den gewünschten Ladezustand SOC_soll auf, falls der aktuelle Ladezustand SOC nicht ausreicht, um die noch zu fahrende Restwegstrecke s_rest zurückzulegen. Zudem leitet das Steuergerät 11 die Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems 12 ein und die Leistungsentnahme zum Betrieb des elektrischen Antriebs 14 erfolgt vollständig aus dem Energiespeicher 13.
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Mit „bestimmtes Fahrziel“ ist gemeint, dass in den entsprechenden Steuergeräten im Fahrzeug die Navigationsdaten 15 eines Navigationssystems 16, beispielsweise Standort, Ziel, Restwegstrecke bekannt sind. Die Anzahl der Fahrzeuge bzw. auch die Anzahl der Fahrten, bei welchen diese Informationen verfügbar sind, wird durch die vermehrte Vernetzung der Steuergeräte im Fahrzeug und auch durch das Internet der Dinge (auch IoT, engl.: internet of things) mit der Zeit zunehmen. Bei vielen Fahrten werden daher die notwendigen Informationen, um das Verfahren durchzuführen, durchgängig vorhanden sein. Unter „Restwegstrecke“ wird die Strecke definiert, die in der Zeit vor der Zielerreichung gefahren wird.
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Insbesondere kann das Verfahren bei hoch automatisierten bzw. vollautomatisierten Fahrzeugen, z. B. beim autonomen Fahren eingesetzt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere bei derartigen Brennstoffzellensystemen 12 eingesetzt werden, bei welchen die Abschaltprozedur bzw. der geräuschintensive Anteil der Abschaltprozedur ein Trocknen eines Kathodenpfads des Brennstoffzellensystems 12 umfasst. Dabei wird der Kathodenpfad, insbesondere mit dem Stack, durch eine Luftfördereinheit trockengeblasen, um das Einfrieren von verbleibendem Wasser oder Wasserdampf im Kathodenpfad und in der Sensorik zu vermeiden. Da die ungewünschte Geräuschentwicklung durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen beim Abstellen des Fahrzeugs verhindert oder zumindest verringert wird, kann vorteilhaft gegebenenfalls auch die Ausblasprozedur des Kathodenpfads verlängert werden, wodurch der Luftvolumenstrom verkleinert werden kann. Dies kann zu einer Optimierung der Belastung der beteiligten Komponenten genutzt werden. Ebenfalls kann es genutzt werden um den Abschaltprozedur energetisch zu optimieren, z. B. durch Reduktion der Energie zur Luftförderung. Dies könnte auch zu mehr Freiheit bei der Auswahl der verwendeten Systemkomponenten führen, beispielsweise könnten kostengünstigere, weniger leistungsfähige Systemkomponenten eingesetzt werden.
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Ist die Zeit für die Abschaltprozedur konstant, so kann diese als konstanter Zeitraum berücksichtigt werden. Ist die Zeit für die Abschaltprozedur variabel, dann erfolgt das Ermitteln der Dauer der Abschaltprozedur oder des geräuschintensiven Anteils der Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems bevorzugt laufend. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die entsprechende Dauer auch abhängig von variablen Parametern oder Randbedingungen über eine Funktion aus den Einflussgrößen abgeschätzt werden.
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Die Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems umfasst beispielsweise die folgenden Schritte:
- - Entfeuchten / Trocknen des Kathodenpfads mittels der Luftfördereinheit,
- - Stoppen der Luftversorgung, wobei der Sauerstoff danach in verbleibendem Volumen innerhalb weniger Minuten oder Sekunden abreagiert, und
- - Abschalten der H2-Versorgung (Ventile, Pumpen der H2-Versorgungseinheit), sodass der Anodenpfad dann ebenfalls abgesperrt ist.
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Mit dem Stopp der Luftversorgung erfolgt typischerweise auch ein Abschließen des Kathodenpfads des Stacks durch Absperrventile nach außen. Abhängig von der Temperatur wird außerdem die Kühlung (Kühlmittelpumpe, Ventile) zu einem geeigneten Zeitpunkt abgeschaltet.
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Die Abschaltprozedur kann auch weitere Schritte umfassen, insbesondere Schritte zur Regeneration des Stacks. Diese können mit den Maßnahmen der Erfindung auch in den Zeitraum vor dem Abstellen untergebracht werden bei etwas verlängerter Zeitspanne für das batterieelektrische Fahren.
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Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass lediglich in dem Zeitraum, währenddessen die erhöhte Geräuschemission auftritt, vom Brennstoffzellenbetrieb auf den alternativen Energiespeicher umgeschaltet wird. Das heißt, dass beim Erreichen des Fahrziels zwar noch nicht zwangsläufig die gesamte Abschaltprozedur beendet ist, aber zumindest die erhöhte Geräuschemission.
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Die entsprechenden Überwachungsfunktionen, d. h. die Abschätzung der Dauer der Abschaltprozedur bzw. der geräuschintensiven Anteile der Abschaltprozedur, die Abschätzung der Restwegstrecke, der Dauer der Restwegstrecke, des Energiebedarf für die Restwegstrecke, der Dauer für die Einstellung des Soll-SOCs (SOC, engl.: state of Charge) der Batterie vor der Umschaltung, werden laufend aktiv mit ausreichend Genauigkeit und Zuverlässigkeit durchgeführt. Das Verfahren wird dabei durch Software-Parameter flexibel an das jeweilige System- und Komponentendesign angepasst. Insbesondere die Größe der Batterie bzw. auch der Hybridisierungsgrad wird bei der Einstellung/Applikation des Verfahrens berücksichtigt bzw. automatisch vom Verfahren an die Komponenten (z.B. Batteriegröße) angepasst.
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Die Überwachung erfolgt bevorzugt in für Fahrzeugsteuergeräte typischen Zeitrastern. Eine hohe Abtastrate ist hierbei nicht notwendigerweise erforderlich, so dass keine signifikanten Auswirkungen auf die Rechenleistung bestehen bzw. so dass keine besonderen Anforderungen an das entsprechende Steuergerät 10 gestellt werden müssen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fahrtdauer der Restwegstrecke s_rest ein definierter Zeitraum von gleich lang wie die ermittelte Dauer der Abschaltprozedur oder des geräuschintensiven Anteils der Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems 12 bis länger als die ermittelte Dauer der Abschaltprozedur oder des geräuschintensiven Anteils der Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems, besonders bevorzugt gleich lang wie oder 5 Sekunden länger, 10 Sekunden länger, 20 Sekunden länger, 30 Sekunden länger, 40 Sekunden länger, 50 Sekunden länger oder 1 Minute länger als die ermittelte Dauer der Abschaltprozedur oder des geräuschintensiven Anteils der Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems 12. Auf diese Weise wird der Energiebedarf aus dem alternativen Energiespeicher möglichst gering gehalten und gleichzeitig sichergestellt, dass die Geräuschentwicklung während der Fahrt und nicht nach dem Abstellen erfolgt. Weiterhin ist es auch möglich, vorzusehen, dass die geräuschintensiven Anteile schon beim Eintreten in ein Zielwohngebiet abgeschlossen wurden.
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Da die Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems 12 typischerweise zeitlich nicht lange andauert, abhängig vom Systemlayout und den Umgebungsbedingungen typischerweise von 10 s bis 120 s, typischerweise im Bereich unter 60 s, ist die Restwegstrecke meist relativ kurz, so dass der Energiebedarf aus dem elektrischen Energiespeicher klein ist. Dadurch kann das Verfahren auch angewendet werden, wenn die Traktionsbatterie 13 oder der SC klein ausgelegt sind. „Klein“ ist hier von vielen Parametern abhängig. Wichtig ist der Energieinhalt der Batterie.
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Bei einem typischen Verbrauch der E-Fahrzeuge von 12 kWh / 100 km gerechnet mit Abschaltprozedur-Dauer von 60 s und einer mittleren Geschwindigkeit für den Restweg von 50 km / h ergäbe sich ein Restweg von ca. 850 m und eine Energie von 0.1 kWh. Das kann sich aber wegen Höhenmeter, wenn sich z. B. ein Berg am Ende der Restwegstrecke befindet, deutlich erhöhen. Heutige Brennstoffzellen-PKW haben eine Batterie mit ca. 1 kWh, was für das Verfahren völlig ausreichend ist.
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Ist die Batterie ausreichend groß, z. B. mehr als 1000 Wh, bevorzugt mehr als 5000 Wh, und die Abschaltprozedur zeitlich nicht lange, z. B. weniger als 20 s, bevorzugt weniger als 10 s, dann kann das Verfahren vereinfacht angewendet werden, sodass ohne Abschätzung der Energie für die Restwegstrecke, Vorkonditionierung der Batterie etc. umgeschaltet werden kann. Die Batterie wird typischerweise in einem SOC-Bereich betrieben (min/max-Schwelle), der einen überschaubaren Bereich der Restwegstrecke (z.B. 1000 m) in jedem Fall abdeckt, sowohl bezüglich Antrieb als auch bezüglich Rekuperation, und auch nach dem Abstellen des Fahrzeugs in einem akzeptablen Bereich ist, d.h. dass der SOC der Batterie nicht zu niedrig ist.
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Vor dem Umschalten auf den alternativen Energiespeicher 13 kann aber auch eine Überprüfung erfolgen, ob die Energie des alternativen Energiespeichers ausreicht, um die Restwegstrecke abzudecken. Dabei werden insbesondere Navigationsdaten incl. Steigungen/Gefälle benutzt. Zusätzlich können weitere Daten wie z. B. Verkehrssituation, Fahrverhalten des Fahrers, Zustandsdaten des Fahrzeug incl. Komponenten, z. B. Reifen, Alterungszustand der Batterie, Umgebungsbedingungen wie Temperatur, aber auch die Beschaffenheit der Straße, beispielsweise Art des Straßenbelags berücksichtigt werden. Außerdem kann die Energiemenge berücksichtigt werden die zur Ausführung der Abschaltprozedur, z. B. für das Ausblasen benötigt wird.
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Für den Fall, dass das Ziel bzw. die Route geändert wird, wird das Verfahren bevorzugt angepasst. Zu unterscheiden ist dabei, ob das neue Ziel weiter oder näher entfernt ist als das vorige Ziel, d. h. z. B. ob mehr oder weniger Energie zum Erreichen des Ziels nötig ist.
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Für den Fall, dass das neue Ziel signifikant weiter weg ist als das alte Ziel bzw. dass signifikant mehr Energie benötigt wird als eingeplant, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Abschaltvorgang des Brennstoffzellensystems abgebrochen wird und ein Wiederstart des Brennstoffzellensystems erfolgt, wobei der Antrieb des alternativen Energiespeichers abgeschaltet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren wird dann von Beginn an durchgeführt.
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Wenn dagegen das neue Ziel nur einen Straßenzug weiter weg ist, bzw. sich in einem Stadtteil befindet, der tiefer liegt, dann reicht die eingeplante Energie in der Batterie auch aus.
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Für den Fall, dass das neue Ziel näher dran ist als das alte Ziel bzw. energetisch betrachtet günstiger gelegen ist, kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße Verfahren wie beschrieben abläuft. In Einzelfällen kann es dabei dazu kommen, dass der geräuschintensive Anteil der Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems nicht abgeschlossen ist, und das neue Ziel bereits erreicht ist. Dennoch werden auch in diesem Fall die Geräuschentwicklungen während des Abstellens und nach dem Abstellen des Fahrzeugs zumindest abgekürzt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird vor dem Umschalten der elektrische Energiespeicher auf einen Soll-Ladezustand vorkonditioniert.
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Mit „vorkonditionieren“ wird in der vorliegenden Offenbarung bezeichnet, dass ein Prüfen erfolgt, ob der Soll-Ladezustand bereits vorhanden oder überschritten ist, und wenn nicht, dass der elektrische Energiespeicher gegebenenfalls auf- oder entladen wird, um den Soll-Ladezustand für den Zeitpunkt des Umschaltens zu erreichen.
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Bevorzugt deckt der Soll-Ladezustand des elektrischen Energiespeichers dabei zumindest den Energiebedarf für das mit elektrischem Energiespeicher angetriebene Fahren der Restwegstrecke ab. Weiter bevorzugt deckt der Soll-Ladezustand des elektrischen Energiespeichers außerdem zumindest den Energiebedarf für einen Ziel-Ruhe-Ladezustand ab. Der Ziel-Ruhe-Ladezustand ist bevorzugt ein Bereich. Somit kann bei Zielerreichung der übliche angestrebte Ladezustand des elektrischen Energiespeichers erreicht werden, beispielsweise der Ladezustand aus einer Standardbetriebsstrategie.
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Der Soll-Ladezustand des elektrischen Energiespeichers wird also bevorzugt aus dem Energiebedarf für das batteriebetriebene Fahren der Restwegstrecke und einem Ziel-Ruhe-Ladezustand des abgestellten Fahrzeugs ermittelt. Aus dem ermittelten Soll-Ladezustand und dem aktuell vorliegenden Zustand, sowie aus weiteren Daten wie dem Zustand des Brennstoffzellensystems, der Ladeleistung vom Brennstoffzellensystem an die Batterie usw. wird die Dauer abgeschätzt, wie lange das System zur Vorkonditionierung der Batterie benötigt.
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Erfindungsgemäß wird außerdem ein Fahrzeug vorgeschlagen, das ein Brennstoffzellensystem und einen alternativen Energiespeicher aufweist, wobei die Energie für den Antrieb des Fahrzeugs aus dem Brennstoffzellensystem oder aus dem alternativen Energiespeicher bezogen wird.
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Das Fahrzeug weist außerdem ein Navigationssystem 16 auf oder ist mit diesem verbunden, so dass ein bestimmtes Fahrziel und die Restwegstrecke zu dem Fahrziel bekannt ist.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der alternative Energiespeicher eine oder mehrere Traktionsbatterien und/oder Superkondensatoren.
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Das Verfahren wird beispielsweise für ein Fahrzeug beschrieben, das als Antriebssysteme ein Brennstoffzellensystem und einen alternativen Energiespeicher aufweist.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
