DE102018215085A1 - Control strategy for heating a fuel cell vehicle - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit Batterie und Brennstoffzelle, wobei bevor das Fahrzeug abgestellt wird oder während das Fahrzeug abgestellt ist, die Batterie teilweise entladen wird. Bei der folgenden Inbetriebnahme wird die Batterie während einer Aufwärmphase wieder aufgeladen um die Brennstoffzelle schneller auf eine optimale Betriebstemperatur aufzuwärmen.Method for operating a fuel cell arrangement for a motor vehicle, with battery and fuel cell, the battery being partially discharged before the vehicle is parked or while the vehicle is parked. During the subsequent commissioning, the battery is recharged during a warm-up phase in order to warm up the fuel cell to an optimal operating temperature more quickly.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufheizung einer Brennstoffzellenanordnung für ein Kraftfahrzeug. Die Brennstoffzellenanordnung weist eine Brennstoffzelle als Energiequelle für eine Traktionseinheit eines Kraftfahrzeugs, eine Batterie und ein Steuergerät auf. Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Vorrichtung mit Brennstoffzellenanordnung.The invention relates to a method for heating a fuel cell arrangement for a motor vehicle. The fuel cell arrangement has a fuel cell as an energy source for a traction unit of a motor vehicle, a battery and a control unit. The invention also relates to a corresponding device with a fuel cell arrangement.

Im Falle eines Kaltstarts einer Brennstoffzelle ist das System vor dem Erreichen der Betriebstemperatur ineffizienter als nachdem die Betriebstemperatur erreicht wird. Ein ineffizienter Betriebspunkt ist mit einem höheren Verbrauch verbunden, und evtl. weniger Komfort bzgl. Ansprechverhalten, Innenraum Temperatur, usw. Deshalb besteht Bedarf für einen Betriebsmodus mit einer Regelstrategie um schneller die Betriebstemperatur zu erreichen und damit einen effizienteren Betrieb zu erreichen. Bei höheren Temperaturen arbeitet eine Brennstoffzelle effizienter, jedoch sind Obergrenzen bei der Temperatur gesetzt, u. A. damit die Zellmembran MEA (Membrane Electrode Assembly) nicht beschädigt wird. Eine Ziel-Betriebstemperatur könnte deshalb 80°C sein.In the event of a cold start of a fuel cell, the system is more inefficient before the operating temperature is reached than after the operating temperature is reached. An inefficient operating point is associated with higher consumption, and possibly less comfort with regard to response behavior, interior temperature, etc. Therefore, there is a need for an operating mode with a control strategy in order to reach the operating temperature more quickly and thus achieve more efficient operation. At higher temperatures, a fuel cell works more efficiently, however, upper limits are set for the temperature, u. A. so that the cell membrane MEA (Membrane Electrode Assembly) is not damaged. A target operating temperature could therefore be 80 ° C.

Um die Temperatur der Brennstoffzelle im Falle eines Kaltstartes schneller zu erhöhen bzw. die Betriebstemperatur zu erreichen, werden üblicherweise möglichst viele Verbraucher hinzugeschaltet um durch erhöhte Leistung schnellst möglich auf Betriebstemperatur zu kommen und einen effizienten Betrieb zu gewährleisten. Hierbei ist maßgebend: solange die Zellen unterhalb der eigentlichen Betriebstemperatur liegen, können sie auch nicht die volle Leistung erbringen.In order to increase the temperature of the fuel cell more quickly in the event of a cold start or to reach the operating temperature, as many consumers as possible are usually switched on in order to reach operating temperature as quickly as possible through increased power and to ensure efficient operation. The key here is that as long as the cells are below the actual operating temperature, they cannot perform at full capacity.

Üblicherweise wird einer Brennstoffzelle komprimierte Luft zugeführt um den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle zu erhöhen. Die Luft wird dabei üblicherweise durch eine Verdichtungsvorrichtung, beispielsweise einen Kompressor mit Elektromotor, komprimiert. Die Energie für den Elektromotor kommt dabei beispielsweise von der Brennstoffzelle selbst oder aber von einer Batterie, falls die Brennstoffzelle selbst aktuell nicht genug Energie bereitstellt. Während der Startphase kann der Betrieb der Verdichtungsvorrichtung in doppelter Weise von Vorteil sein. Zum einen dient der Elektromotor als Verbraucher vom Strom und zum anderen wird die Temperatur der Brennstoffzelle durch den Joule-Thompson Effekt erhöht.Compressed air is usually supplied to a fuel cell in order to increase the efficiency of the fuel cell. The air is usually compressed by a compression device, for example a compressor with an electric motor. The energy for the electric motor comes, for example, from the fuel cell itself or from a battery if the fuel cell itself does not currently provide enough energy. During the start-up phase, the operation of the compression device can be advantageous in two ways. On the one hand the electric motor serves as a consumer of electricity and on the other hand the temperature of the fuel cell is increased by the Joule-Thompson effect.

Brennstoffzellenautos können auch mit einer Batterie versehen sein. Oft sind eine oder mehrere Batterien mit einer relativ geringen Kapazität vorgesehen, um schnelles Ansprechverhalten im Betrieb von einem Elektroauto zu gewährleisten. Die Brennstoffzelle ist durch die Trägheit der Versorgung oft nicht geeignet um schnell auf Stromleistungsänderungen zu reagieren. Insbesondere kann es von Vorteil sein, elektrische Reserveenergie zur Verfügung zu haben um eine Beschleunigung und/oder Abbremsung des Fahrzeuges zu unterstützen oder gar zu ermöglichen. Nur ein Teil der Kapazität der Batterie wird wiederum benötigt um das Fahrzeug zu starten bzw. im Betrieb zu nehmen.Fuel cell cars can also be provided with a battery. Often, one or more batteries with a relatively low capacity are provided to ensure quick response when operating an electric car. Due to the inertia of the supply, the fuel cell is often not suitable for reacting quickly to changes in power output. In particular, it can be advantageous to have reserve electrical energy available to support or even enable acceleration and / or braking of the vehicle. Only part of the capacity of the battery is needed to start the vehicle or put it into operation.

Der Erfindung liegt die Kenntnis zu Grunde, dass elektrische Energie die zwecks Aufwärmung der Brennzelle generiert wird, am besten gespeichert und später zielgerichtet verwendet wird. Eine zielgerichtete Verwendung könnte z.B. das Antreiben von einem Elektromotor eines Elektrofahrzeuges sein.The invention is based on the knowledge that electrical energy which is generated for the purpose of warming up the fireplace insert is best stored and later used in a targeted manner. A targeted use could e.g. driving an electric motor of an electric vehicle.

Ein Aspekt der Erfindung liegt in der Regelung. Im elektrischen Pfad wird so viel wie möglich von der erzeugten Energie in eine Batterie eingebracht um diese zu einem späteren Zeitpunkt mit der normalen Regelstrategie wieder zu entnehmen. Bei einem Abstellen des Fahrzeuges, insbesondere bei einer gewissen Außentemperatur von z.B. unter 10°C, kann die benötigte Energie zum Nachkühlen aus der Batterie entnommen werden. Die Batterieladung darf hierbei unter Berücksichtigung des nötigen State-of-Charge (SOC oder Ladezustand) nicht unterhalb von einer bestimmten Grenze oder Mindestwert fallen, z.B. nicht unter 35% oder nicht unter 50%. Dieser SOC wird durch die Regelung beim Abstellen als Zielwert gesetzt. So ist die Batterie für den Startfall etwas aber nicht ganz geleert, damit beim Kaltstart bzw. nach dem Kaltstart eine Energiesenke vorhanden ist.One aspect of the invention lies in the regulation. In the electrical path, as much as possible of the energy generated is introduced into a battery so that it can be removed again at a later time using the normal control strategy. When parking the vehicle, especially at a certain outside temperature of e.g. below 10 ° C, the energy required for cooling can be taken from the battery. Taking into account the necessary state-of-charge (SOC or state of charge), the battery charge must not fall below a certain limit or minimum value, e.g. not less than 35% or not less than 50%. This SOC is set as the target value by the regulation when it is switched off. So the battery is somewhat empty for the start, so that an energy sink is available during a cold start or after a cold start.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass bei einer Erwartung von kaltem Wetter in der nahen Zukunft der Ladezustand entsprechend angepasst wird bzw. die Batterie entsprechend entladen wird.It is preferably provided that if the weather is expected to be cold in the near future, the state of charge will be adjusted accordingly or the battery will be discharged accordingly.

Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Ladezustand anhand von örtlichen und zeitlichen Gegebenheiten angepasst wird. Vorteilhaft ist, dass das Fahrzeug mit entladener Batterie abgestellt wird, wenn vorhersehbar ist, dass die Batterie bei der nächsten Benutzung als Stromsenke und Stromspeicher verwendet werden sollte oder verwendet werden könnte. Zum Beispiel, wenn das Fahrzeug abends und zuhause abgestellt wird, ist wahrscheinlich, dass es erst am nächsten Morgen wieder verwendet wird. Der Ladezustand ist umso geringer, je höher ein Energiebedarf für eine folgende Nutzungsphase ist.Furthermore, it is preferably provided that the state of charge is adapted on the basis of local and temporal conditions. It is advantageous that the vehicle is parked with a discharged battery if it is foreseeable that the battery should or could be used as a current sink and storage device the next time it is used. For example, if the vehicle is parked in the evening and at home, it is likely that it will not be used until the next morning. The higher the energy requirement for a subsequent phase of use, the lower the state of charge.

Ergänzend oder alternativ kann die Batterie anhand von Wettervorhersagen oder andere Kriterien entsprechend entladen werden in Vorbereitung auf eine Wiederinbetriebnahme.Additionally or alternatively, the battery can be discharged based on weather forecasts or other criteria in preparation for recommissioning.

Vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung sind als vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens anzusehen. Die gegenständlichen Komponenten der Brennstoffzellenanordnung sind jeweils dazu ausgebildet, die jeweiligen Verfahrensschritte durchzuführen.Advantageous embodiments of the fuel cell arrangement according to the invention are as view advantageous embodiments of the method. The physical components of the fuel cell arrangement are each designed to carry out the respective method steps.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung.Further features of the invention result from the claims, the figures and the description of the figures.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with the aid of schematic drawings.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung; und
  • 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Brennstoffzellenanordnung als EV-Architektur mit einer Brennstoffzelle, einem Wasserstofftank, einem Kompressor und einen Brenner; und
  • 3a-3c drei schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen mit Brennstoffzelle, Hochspannungsnetz, und Batterie; und
  • 4 eine graphische Darstellung des Zeitverlaufs der Temperatur und der Effizienz einer Brennstoffzelle, mit und ohne das erfinderische Verfahren.
Show it:
  • 1 a schematic plan view of a motor vehicle with an embodiment of a fuel cell arrangement according to the invention; and
  • 2 a schematic representation of an embodiment of the fuel cell arrangement as an EV architecture with a fuel cell, a hydrogen tank, a compressor and a burner; and
  • 3a-3c three schematic representations of exemplary embodiments with fuel cell, high-voltage network, and battery; and
  • 4 a graphic representation of the time course of the temperature and the efficiency of a fuel cell, with and without the inventive method.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Identical or functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1 in Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Brennstoffzellenanordnung 2, eine Traktionseinheit 3 und eine Batterie 3a auf. 1 shows a schematic representation of a motor vehicle 1 in top view. The car 1 has a fuel cell arrangement 2 , a traction unit 3 and a battery 3a on.

Die Traktionseinheit 3 ist beispielsweise als Elektromotor mit einem Inverter ausgebildet.The traction unit 3 is designed, for example, as an electric motor with an inverter.

Die Brennstoffzellenanordnung 2 umfasst gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Brennstoffzelle 4, einen Wasserstofftank 5, einen Kompressor 6 und einen Brenner 7. Die Brennstoffzelle 4 ist als Energiequelle für die Traktionseinheit 3 ausgebildet.The fuel cell assembly 2 according to the exemplary embodiment comprises a fuel cell 4 , a hydrogen tank 5 , a compressor 6 and a burner 7 , The fuel cell 4 is as an energy source for the traction unit 3 educated.

2 zeigt die Brennstoffzellenanordnung 20 mit der Brennstoffzelle 24, dem Wasserstofftank 25, und dem Kompressor 26. 2 shows the fuel cell arrangement 20th with the fuel cell 24 , the hydrogen tank 25th , and the compressor 26 ,

Der Kompressor 26 komprimiert Zuluft der Brennstoffzelle 24. Weiterhin ist der Kompressor 26 durch eine Luftzufuhrleitung mit der Brennstoffzelle 24 verbunden. Die Zuluft wird mittels dem Kompressor 26 komprimiert und durch die Luftzufuhrleitung über den ersten Kühler 28 zur Brennstoffzelle 24 geführt.The compressor 26 compresses supply air to the fuel cell 24 , Furthermore, the compressor 26 through an air supply line to the fuel cell 24 connected. The supply air is supplied by the compressor 26 compressed and through the air supply line via the first cooler 28 to the fuel cell 24 guided.

3a-3c zeigen schematische Darstellungen von den elektrischen Leistungsverbindungen die in Zusammenhang mit einer Brennstoffzellenanordnung nach 2 verwendet werden können. Die Brennstoffzelle 34 aus 3a ist schaltbar über ein Hochspannungsnetz 36 und ein oder mehrere DC/DC-Wandler 37 mit einer Batterie 33 verbunden. Bei bestimmten Konfigurationen kann der DC/DC-Wandler entfallen. Beide sind mit einem Motor 39 schaltbar über einen Inverter 38 verbunden. 3a-3c show schematic representations of the electrical power connections in connection with a fuel cell arrangement 2 can be used. The fuel cell 34 out 3a is switchable via a high voltage network 36 and one or more DC / DC converters 37 with a battery 33 connected. The DC / DC converter can be omitted in certain configurations. Both are with an engine 39 switchable via an inverter 38 connected.

Je nach Temperatur von der Brennstoffzelle kann das erfinderische Konzept eingesetzt werden um die Brennstoffzelle schneller aufzuwärmen und auf eine optimale Temperatur zu bringen. Während dieser Aufwärmphase kann ein zentrales Steuergerät die Brennstoffzelle an der Batterie verbinden um die Batterie zu laden. Hiermit kann die Brennstoffzelle elektrische Leistung generieren, die dann in der Batterie entsprechend gespeichert wird. Die gespeicherte Leistung kann zu einem späteren Zeitpunkt ausgegeben und verwendet werden. Zusätzlich kann das Steuergerät ggf. Leistung aus der Brennstoffzelle an den Kompressor und/oder an die elektrische Last weiterleiten, z.B. anhand der Schalter 34, 36. Wegen internen Wiederständen in der Brennstoffzelle wird die Temperatur der Brennstoffzelle durch die Leistungsübertragung erhöht. Der Motor/Inverter stellt eine Last oder Verbraucher von Leistung dar, aber andere Verbraucher wie weitere Motoren, Heizung und/oder Klimatisierung passen auch zur erfinderischen Idee.Depending on the temperature of the fuel cell, the inventive concept can be used to warm up the fuel cell faster and bring it to an optimal temperature. During this warm-up phase, a central control unit can connect the fuel cell to the battery to charge the battery. The fuel cell can use this to generate electrical power, which is then appropriately stored in the battery. The saved power can be output and used at a later time. In addition, the control unit can optionally forward power from the fuel cell to the compressor and / or to the electrical load, for example using the switches 34 . 36 , Because of internal resistances in the fuel cell, the temperature of the fuel cell is increased by the power transmission. The motor / inverter represents a load or consumer of power, but other consumers such as additional motors, heating and / or air conditioning also fit the inventive idea.

Die Brennstoffzelle 34 aus 3b ist schaltbar über einen oder mehrere DC/DC-Wandler 37 und ein Hochspannungsnetz 36 mit einer Batterie 33 verbunden. Das Hochspannungsnetz ist auch mit einem Motor 39 schaltbar über einen Inverter 38 verbunden. Der Motor/Inverter stellt eine Last dar, aber andere Verbraucher wie weitere Motoren, Heizung und/oder Klimatisierung passen auch zur erfinderischen Idee.The fuel cell 34 out 3b can be switched via one or more DC / DC converters 37 and a high voltage network 36 with a battery 33 connected. The high voltage network is also with a motor 39 switchable via an inverter 38 connected. The motor / inverter is a load, but other consumers such as additional motors, heating and / or air conditioning also fit the inventive idea.

Die Brennstoffzelle 34 aus 3c ist schaltbar über einen DC/DC-Wandler 37 an ein Hochspannungsnetz 36 verbunden. Das Hochspannungsnetz ist auch über ein DC/DC-Wandler 37 mit einer Batterie 33 und über einen Inverter 38 mit einem Motor 39 schaltbar verbunden. Weitere Verbraucher können auch hierzukommen.The fuel cell 34 out 3c is switchable via a DC / DC converter 37 to a high voltage network 36 connected. The high voltage network is also via a DC / DC converter 37 with a battery 33 and via an inverter 38 with an engine 39 switchable connected. Other consumers can also come to this.

In 4 wird die Abhängigkeit zwischen steigender Temperatur und steigender Effizienz der Brennstoffzelle über Zeit graphisch dargestellt. Die Graphik 40 zeigt das Verhältnis über Zeit ohne das erfinderische Verfahren als Linie 41. Linie 43 zeigt einen schnelleren Anstieg der Temperatur über Zeit wegen zusätzlicher Leistung die in der Batterie gespeichert wird. Linie 44 zeigt den gleichen Anstieg der Temperatur über Zeit wie Linie 41, da keine zusätzliche Leistung in der Batterie gespeichert wird. Dies könnte der Fall sein, wenn die Batterie schon vollgeladen ist.In 4 the dependency between increasing temperature and increasing efficiency of the fuel cell is shown graphically over time. The graphics 40 shows the relationship over time without the inventive method as a line 41 , line 43 shows a faster rise in temperature over time due to additional power in the battery is saved. line 44 shows the same increase in temperature over time as line 41 , since no additional power is stored in the battery. This could be the case if the battery is already fully charged.

Die Fläche zwischen 41 und 43, 44 zeigt den beschleunigten Anstieg der Temperatur und gleichzeitig die gewonnene Effizienz. In beiden Fällen steigt die Temperatur an, bis die optimale oder gewünschte Betriebstemperatur erreicht wird bei 45.The area between 41 and 43 . 44 shows the accelerated rise in temperature and at the same time the efficiency gained. In both cases, the temperature rises until the optimal or desired operating temperature is reached at 45 ,

Die Anstiegsänderungen, wie mit Linien 43 und 44 gezeichnet, können auch in Wechselwirkung oder in einer anderen Reihenfolge erfolgen, oder es könnte einen kontinuierlichen oder variierenden Anstieg 43 geben bis die Betriebstemperatur 45 erreicht wird.The rise changes, like with lines 43 and 44 drawn, can also be done interactively or in a different order, or there could be a continuous or varying increase 43 give up the operating temperature 45 is achieved.

Der erhöhte Anstieg der Temperatur ergibt sich mindestens teilweise aus der elektrischen Leistung die zusätzlich aus der Brennstoffzelle gezogen wird und in die Batterie geladen wird. In einem Ausführungsbeispiel wird die Batterie während der Aufwärmphase mit maximaler Ladegeschwindigkeit aufgeladen, wobei die maximale Ladegeschwindigkeit durch die Generierungskapazität der Brennstoffzelle und die Aufnahmekapazität der Batterie bestimmt wird. Hiermit kann die Fläche der gewonnenen Effizienz maximiert werden. Demnach ist der erhöhte Anstieg sowohl durch die maximal-lieferbare Leistung der Brennstoffzelle als auch durch die maximale Leistung die in der Batterie geladen werden kann begrenzt.The increased rise in temperature results at least in part from the electrical power that is additionally drawn from the fuel cell and charged into the battery. In one embodiment, the battery is charged at the maximum charging speed during the warm-up phase, the maximum charging speed being determined by the generation capacity of the fuel cell and the absorption capacity of the battery. This can maximize the area of efficiency gained. Accordingly, the increased increase is limited both by the maximum deliverable power of the fuel cell and by the maximum power that can be charged in the battery.

Um aufgeladen zu werden, muss die Batterie über ausreichend Reserve oder freie Ladekapazität verfügen. Das Verfahren setzt voraus, dass die Batterie vor der Wiederaufnahme des Betriebes entsprechend entladen wird. Die Batterie darf jedoch nicht so weit entladen werden, dass es für die Batterie schädlich ist, z.B. nicht unter 20% Ladung für LiIon Batterien. Die Batterie muss auch genügend Ladung haben um das Fahrzeug wieder im Betrieb zu nehmen, soweit die Batterie zum Starten nötig ist.In order to be charged, the battery must have sufficient reserve or free charging capacity. The procedure presupposes that the battery is discharged accordingly before restarting operation. However, the battery must not be discharged to the extent that it is harmful to the battery, e.g. not under 20% charge for LiIon batteries. The battery must also have enough charge to restart the vehicle if the battery is required to start it.

In einer Ausführung der Erfindung wird die Entscheidung über eine passende vorab-Entladung anhand von Navigationsinformation und/oder Standort getroffen. Sollte das Fahrzeug z.B. sich in der Nähe von dem Zielort oder Abstellort befinden, dann kann die Batterie entladen werden. Die Entladung könnte durch einen Transfer der Batterieleistung zu dem Antriebsmotor stattfinden.In one embodiment of the invention, the decision about a suitable preliminary unloading is made on the basis of navigation information and / or location. Should the vehicle e.g. are close to the destination or storage location, the battery can be discharged. The discharge could take place by transferring the battery power to the drive motor.

In einer Ausführung der Erfindung wird die Entscheidung über eine passende vorab-Entladung anhand von gemessener Temperatur getroffen. Sollte die Temperatur z.B. unter 10°C sein, dann wird entsprechend Kapazität in der Batterie freigemacht, damit in der nächsten Aufwärmphase genügend Strom oder Ladeleistung aus der Brennstoffzelle gezogen werden kann um die gewünschte Betriebstemperatur schneller zu erreichen. Die Entladung könnte durch einen Transfer der Ladeleistung zu dem Antriebsmotor stattfinden.In one embodiment of the invention, the decision about a suitable pre-discharge is made on the basis of the measured temperature. If the temperature e.g. below 10 ° C, then the battery capacity is freed accordingly, so that enough electricity or charging power can be drawn from the fuel cell in the next warm-up phase to reach the desired operating temperature more quickly. The discharge could take place by transferring the charging power to the drive motor.

Ergänzend oder alternativ kann die Batterie anhand eines Transfers der Ladeleistung zu einem externen Verbraucher entladen werden (auch als Energy2Grid oder Vehicle-to-Grid bekannt).Additionally or alternatively, the battery can be discharged by transferring the charging power to an external consumer (also known as Energy2Grid or Vehicle-to-Grid).

In einer Ausführung der Erfindung wird die Entscheidung über eine passende vorab-Entladung anhand von den künftig zu erwartenden Temperaturen getroffen. Zum Beispiel könnte abends eine Entladung vorgenommen werden, womit am nächsten Morgen bei der zu erwartenden Temperatur entsprechend Kapazität in der Batterie frei steht, damit in der Aufwärmphase genügend Strom oder Ladeleistung aus der Brennstoffzelle gezogen werden kann um die gewünschte Betriebstemperatur schneller zu erreichen. Informationen über künftig zu erwartende Temperaturen könnten in einer Ausführung über einen Internet Anschluss in Erfahrung gebracht werden.In one embodiment of the invention, the decision about a suitable preliminary discharge is made on the basis of the temperatures to be expected in the future. For example, a discharge could be carried out in the evening, so that the next morning at the temperature to be expected, there is sufficient capacity in the battery so that enough electricity or charging power can be drawn from the fuel cell in the warm-up phase to reach the desired operating temperature more quickly. Information on future temperatures to be expected could be obtained in a version via an Internet connection.

In einer Ausführung der Erfindung wird die Entscheidung über eine passende vorab-Entladung anhand von der Uhrzeit und/oder Tag der Woche getroffen. Zum Beispiel könnte tagsüber weniger entladen werden, unter der Annahme, dass das Fahrzeug wiederverwendet wird, während am Abend eine Entladung getätigt wird um am nächsten Morgen eine beschleunigte Aufwärmphase zu ermöglichen. Zum Beispiel könnte am Wochenende immer entladen werden, unter der Annahme, dass das Fahrzeug eventuell nicht wieder verwendet wird. Fehleinschätzungen bei der Entladung hätten nur bei der Effizienz eine Auswirkung, jedoch nicht bei der Funktion des Fahrzeuges.In one embodiment of the invention, the decision about a suitable pre-discharge is made on the basis of the time and / or day of the week. For example, less could be unloaded during the day assuming the vehicle is reused while unloading in the evening to allow for an accelerated warm-up the next morning. For example, it could always be unloaded on weekends, assuming that the vehicle may not be used again. Incorrect estimates of unloading would only have an effect on efficiency, but not on the function of the vehicle.

In einer Ausführung der Erfindung wird die Entscheidung über eine passende vorab-Entladung anhand von einem personalisierten Profil getroffen. Wenn das Fahrzeug immer Dienstag und Donnerstag am Abend verwendet wird, nicht aber am Montag oder Mittwoch, könnte am Montag oder Mittwoch am Spätnachmittag immer entladen werden, unter der Annahme, dass das Fahrzeug eventuell nicht wieder verwendet wird. Das personalisierte Profil könnte auch mit einem bestimmten Fahrer verbunden werden, oder mit sonstigen orts- oder kalendergebundenen Eigenschaften. Fehleinschätzungen bei der Entladung hätten hier auch nur bei der Effizienz eine Auswirkung, jedoch nicht bei der Funktion des Fahrzeuges.In one embodiment of the invention, the decision about a suitable pre-unloading is made on the basis of a personalized profile. If the vehicle is used every Tuesday and Thursday in the evening, but not on Monday or Wednesday, it could always be unloaded on Monday or Wednesday in the late afternoon, assuming that the vehicle may not be used again. The personalized profile could also be associated with a specific driver, or with other location or calendar-related properties. Incorrect estimates for unloading would only have an impact on efficiency, but not on the function of the vehicle.

In einer Ausführung der Erfindung wird die Batterie bis auf eine Minimalladung entladen. Die Minimalladung kann durch verschiedene Kriterien festgelegt werden. Zum Beispiel könnte die Minimalladung durch eine Mindestladung bestimmt sein, die zum Erhalt der Batterie nötig ist. Oder die Minimalladung könnte durch eine Mindestladung bestimmt sein, die zur Inbetriebnahme des Fahrzeuges nötig ist.In one embodiment of the invention, the battery is discharged to a minimal charge. The minimum charge can be determined by various criteria. For example, the minimum charge could be determined by a minimum charge necessary to maintain the battery. Or the minimum charge could be determined by a minimum charge that is necessary to start up the vehicle.

In einer Ausführung der Erfindung wird die Batterie bis auf unter 50% Ladung entladen. Hiermit steht z.B. die Hälfte der Batteriekapazität zur Verfügung um z.B. das Fahrzeug zu starten bzw. im Betrieb zu nehmen. Der optimale Entladestand kann durch eine Optimierung zwischen gewünschter freier Aufnahmekapazität auf der einen Seite und nötiger Mindestladung auf der anderen Seite ermittelt werden.In one embodiment of the invention, the battery is discharged to below 50% charge. This means e.g. half of the battery capacity is available to e.g. to start the vehicle or put it into operation. The optimal discharge level can be determined by optimizing the desired free absorption capacity on one side and the required minimum charge on the other side.

BezugszeichenlisteReference list

11
KraftfahrzeugMotor vehicle
22
BrennstoffzellenanordnungFuel cell arrangement
33
TraktionseinheitTraction unit
3a3a
Batteriebattery
4, 244, 24
BrennstoffzelleFuel cell
5, 255, 25
WasserstofftankHydrogen tank
6, 266, 26
Kompressorcompressor
77
Brennerburner
2020th
BrennstoffzellenanordnungFuel cell arrangement
2828
Kühlercooler

Claims (15)

Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit Batterie (3a) und Brennstoffzelle (4), wobei bevor das Fahrzeug abgestellt wird oder während das Fahrzeug abgestellt ist, die Batterie (3a) teilweise entladen wird; und bei der folgenden Inbetriebnahme die Batterie (3a) während einer Aufwärmphase wieder aufgeladen wird um die Brennstoffzelle (4) schneller auf eine optimale Betriebstemperatur aufzuwärmen.Method for operating a fuel cell arrangement (2) for a motor vehicle (1), with battery (3a) and fuel cell (4), wherein before the vehicle is parked or while the vehicle is parked, the battery (3a) is partially discharged; and during the following start-up, the battery (3a) is recharged during a warm-up phase in order to warm up the fuel cell (4) faster to an optimal operating temperature. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Batterie (3a) anhand von Navigationsinformation und/oder Standortinformation entladen wird.Procedure according to Claim 1 The battery (3a) is discharged on the basis of navigation information and / or location information. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterie (3a) anhand von einer gemessenen Temperatur entladen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the battery (3a) is discharged on the basis of a measured temperature. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterie (3a) anhand von zukünftig zu erwartenden Temperaturen entladen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the battery (3a) is discharged on the basis of temperatures to be expected in the future. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterie (3a) anhand von der Uhrzeit und/oder Tag der Woche entladen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the battery (3a) is discharged on the basis of the time and / or day of the week. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterie (3a) anhand von einem personalisierten Profil entladen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the battery (3a) is discharged on the basis of a personalized profile. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterie (3a) bis auf eine Minimalladung oder bis auf unter 50% Ladung entladen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the battery (3a) is discharged to a minimum charge or to less than 50% charge. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterie (3a) so entladen wird, dass genügend Ladung vorbehalten wird um das Fahrzeug wieder im Betrieb zu nehmen.Method according to one of the preceding claims, wherein the battery (3a) is discharged in such a way that sufficient charge is reserved to put the vehicle back into operation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterie (3a) während die Aufwärmphase mit maximaler Ladegeschwindigkeit aufgeladen wird, wobei die maximale Ladegeschwindigkeit durch die Generierungskapazität der Brennstoffzelle (4) und die Aufnahmekapazität der Batterie (3a) bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the battery (3a) is charged during the warm-up phase at maximum charging speed, the maximum charging speed being determined by the generation capacity of the fuel cell (4) and the capacity of the battery (3a). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während der Aufwärmphase die Batterie (3a) aufgeladen wird, und gleichzeitig andere Leistungsverbraucher (35) eingeschaltet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the battery (3a) is charged during the warm-up phase, and other power consumers (35) are switched on at the same time. Brennstoffzellenanordnung (2) die eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.Fuel cell arrangement (2) which is set up to carry out the method according to one of the preceding claims. Brennstoffzellenanordnung (2) nach Anspruch 11, wobei während der Aufwärmphase die Batterie aufgeladen wird, und gleichzeitig andere Leistungsverbraucher (35) eingeschaltet werden.Fuel cell arrangement (2) after Claim 11 , the battery being charged during the warm-up phase, and other power consumers (35) being switched on at the same time. Brennstoffzellenanordnung (2) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leistungsverbraucher (35) ihre Leistung wahlweise aus der Batterie oder aus der Brennstoffzelle beziehen können.Fuel cell arrangement (2) after Claim 11 or 12 , characterized in that several power consumers (35) can obtain their power either from the battery or from the fuel cell. Brennstoffzellenanordnung (2) nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein zugehöriges Steuergerät (38) ausgerichtet und geeignet ist, sich mit dem Internet zu verbinden.Fuel cell arrangement (2) after Claim 11 to 13 , characterized in that an associated control device (38) is aligned and suitable for connecting to the Internet. Fahrzeug (1) mit einer Brennstoffzellenanordnung (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 14.Vehicle (1) with a fuel cell arrangement (2) according to one of the Claims 11 to 14 ,
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