DE102021128751A1

DE102021128751A1 - Verfahren zum Betrieb eines Nutzfahrzeugs mit Brennstoffzellensystem und elektromotorischem Antrieb, sowie Nutzfahrzeug mit selbigem

Info

Publication number: DE102021128751A1
Application number: DE102021128751.0A
Authority: DE
Inventors: Janik Ricke
Original assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Priority date: 2021-11-04
Filing date: 2021-11-04
Publication date: 2023-05-04
Also published as: WO2023078879A1; CN118201800A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Nutzfahrzeugs (1) mit Brennstoffzellensystem (7) und elektromotorischem Antrieb (17), umfassend: Zuführen von Reaktanten (H2, O2) zu einer Brennstoffzelle (9) des Brennstoffzellensystems (7), wobei die Brennstoffzelle (9) dazu eingerichtet ist, in einem veränderlichen Arbeitspunkt (A1...An) betrieben zu werden, Ansteuern der Brennstoffzelle (9) derart, dass mittels Umsetzung der zugeführten Reaktanten (H2, O2) elektrische Energie bei einer Leistung (P) erzeugt wird, Zwischenspeichern der erzeugten elektrischen Energie bei entsprechender Leistung (P) in einem Pufferspeicher (15), und Antreiben des elektromotorischen Antriebs (17) unter Entnahme elektrischer Energie bei entsprechender Leistung (Pr) aus dem Pufferspeicher (15). Es wird vorgeschlagen, dass das Verfahren ferner umfasst: Ermitteln von Gewichtsinformationen (G), die repräsentativ für den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs (1) sind, und Anpassen des Arbeitspunkts (A1... An) in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen (G).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Nutzfahrzeugs mit Brennstoffzellensystem und elektromotorischem Antrieb, umfassend ein Zuführen von Reaktanten zu einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems, wobei die Brennstoffzelle dazu eingerichtet ist, in einem veränderlichen Arbeitspunkt betrieben zu werden, ein Ansteuern der Brennstoffzelle zum Betrieb in einem vorbestimmten Arbeitspunkt derart, dass mittels Umsetzung der zugeführten Reaktanten elektrische Energie bei einer Erzeugungs-Leistung erzeugt wird, ein Zwischenspeichern der von der Brennstoffzelle erzeugten elektrischen Energie in einem Pufferspeicher, und ein Antreiben des elektromotorischen Antriebs unter Entnahme elektrischer Energie mit einer Anforderungs-Leistung aus dem Pufferspeicher.
Hierbei wird unter der Erzeugungs-Leistung diejenige Leistung verstanden, welche die Brennstoffzelle in ihrem Betrieb bereitstellt. Unter der Anforderungs-Leistung wird diejenige Leistung verstanden, welche der elektromotorische Antrieb von dem Pufferspeicher als Verbraucher anfordert.
Verfahren zum Betrieb von Nutzfahrzeugen sind allgemein bekannt. Einer der Hauptgründe für das vorbeschriebene Verfahren und vorbeschriebene Layout der Nutzfahrzeuge mit einer Brennstoffzelle und einem zwischen Elektromotor und Brennstoffzelle zwischengeschalteten Pufferspeicher liegt darin, dass die Brennstoffzelle aus technischen Gründen nicht beliebig starken Belastungsänderungen, und damit Änderungen der Anforderungs-Leistung, ausgesetzt werden kann. Brennstoffzellen lassen sich an effizientesten betreiben mit möglichst konstanten Betriebsparametern, das heißt unter anderem Betriebstemperaturen, Drücken, und zugeführten Reaktantenmengen. Längerer Betrieb der Brennstoffzellensysteme bei hohen Erzeugungs-Leistungen und damit hohen Arbeitspunkten ist der Lebensdauer der Brennstoffzelle genauso abträglich wie ständige und abrupte Änderungen der Arbeitspunkte.
Im Betrieb des Nutzfahrzeuges kommt es nicht nur aufgrund von Beschleunigungsvorgängen zu abrupten Anstiegen der Anforderungs-Leistung der elektromotorischen Antriebe, sondern auch aufgrund von geänderten Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise geänderten Streckentopografien.
Diesen geänderten Leistungsanforderungen kann zum Antrieb der Nutzfahrzeuge dadurch Rechnung getragen werden, dass die Brennstoffzelle mit einem höheren Arbeitspunkt angesteuert wird, wobei die dadurch auftretenden Belastungen und Einschränkungen der Lebensdauer der Brennstoffzelle als Nachteil empfunden werden.
Der Erfindung lag damit die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile möglichst weitgehend abzumildern. Insbesondere lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das vorbezeichnete Verfahren dahingehend zu verbessern, dass die Lebensdauer der Brennstoffzelle erhöht wird, ohne die Betriebseigenschaften des Nutzfahrzeugs nachteilig zu beeinflussen.
Die Erfindung löst die Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art, indem sie vorschlägt, dass das Verfahren ferner umfasst: Ermitteln von Gewichtsinformationen, die repräsentativ für den Beladungsvorgang des Nutzfahrzeugs sind, und Anpassen des Arbeitspunkts in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen. Die Erfindung beruht auf dem Ansatz, dass bei einem Nutzfahrzeug nicht nur grundsätzlich höhere Fahrzeugmassen zu bewegen sind als bei einem Pkw, der vergleichsweise dynamisch bewegt werden kann, sondern dass sich die Gesamtmasse des Fahrzeugs auch in Abhängigkeit des Beladungszustands des Nutzfahrzeugs drastisch ändert, in der Regel um deutlich mehr als 100%. Im Stand der Technik ist beobachtet worden, dass bei höheren Lastanforderungen, beispielsweise bei Beschleunigungsvorgängen oder an Steigungen, bei voller Beladung des Nutzfahrzeugs ein starker Anstieg der Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs eine deutlich schnellere Entladung des Pufferspeichers auftritt, was ein entsprechend heftiges Nachregeln des Arbeitspunkts der Brennstoffzelle, zum Anpassen der Erzeugungs-Leistung, erforderlich machte. Dies belastete sowohl den Pufferspeicher als auch die Brennstoffzelle stark. Hier setzt die Erfindung an, indem sie für den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs repräsentative Gewichtsinformationen aktiv abfragt und den Arbeitspunkt in Abhängigkeit der Gewichtsinformationen anpasst. Damit wird berücksichtigt, dass das Nutzfahrzeug in voll beladenem Zustand ein entsprechend der Beladung höheres Anforderungsniveau an die zu erzeugende elektrische Energie stellt als ein unbeladenes Nutzfahrzeug. Indem die Erfindung den Arbeitspunkt grundsätzlich in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen anpasst, kann die Brennstoffzelle kontinuierlich auf einem dem Gewicht angepassten (höheren oder geringeren) Leistungsniveau betrieben werden, so dass die Notwendigkeit, akut starke Sprünge in den Arbeitspunkten bewältigen zu müssen, abnimmt. Die Lebensdauer der Brennstoffzelle und des Pufferspeichers werden hierdurch verlängert, ohne dass Abstriche beim Betrieb des Nutzfahrzeugs gemacht werden müssen.
Das Verfahren wird in einer bevorzugten Ausführungsform weitergebildet, indem es den Schritt umfasst:

- Anpassen des Arbeitspunkts der Brennstoffzelle gemäß einer Betriebsstrategie,

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:

- Ermitteln von Streckeninformationen entlang des zeitlichen Verlaufs, und
- Anpassen der Arbeitspunkte in Abhängigkeit der ermittelten Streckeninformationen.

Die Streckeninformationen bilden einen Teil der Betriebsstrategie. Wenn bereits vor Fahrtbeginn bekannt ist, dass das Nutzfahrzeug nach etwa einer Betriebsstunde eine längere Steigung überwinden muss, beispielsweise eine Passstraße, dann kann im Rahmen der Betriebsstrategie bereits vorab geplant werden, dass für den damit zusammenhängenden Abschnitt des zeitlichen Verlaufs der Arbeitspunkt entsprechend angepasst wird. Die Anpassung des Arbeitspunkts kann dann vorausschauend und allmählicher erfolgen, als es bei einer unvorbereiteten Fahrt über diesen Streckenabschnitt im Stand der Technik möglich gewesen wäre.
Vorzugsweise umfassen die Streckeninformationen eines, mehrere oder sämtliche der Folgenden:

- Streckentopografie,
- Verkehrsdichteinformationen,
- Straßenbelagsinformationen,
- Meteorologie-Informationen.

Die Streckentopografie fließt vorzugsweise dergestalt in die Betriebsstrategie ein, dass unterschiedliche Steigungen und Gefälle entlang des zeitlichen Verlaufs jeweils mit dafür angepassten individuellen Arbeitspunkten korrelieren, die im Rahmen der Betriebsstrategie, vorzugsweise mit einer Glättung, so stetig wie möglich durchfahren werden können. Auf diese Weise treffen Besonderheiten entlang der Strecke, etwa Steigung und Gefälle, das Brennstoffzellensystem nicht mehr unvorbereitet.
Verkehrsdichteinformationen können dergestalt in die Betriebsstrategie einfließen, dass die Arbeitspunkte für Zeitabschnitte entlang des zeitlichen Verlaufs, in denen mit Stau, Stop-and-Go-Verkehr oder auch Bereichen mit geringer Verkehrsdichte und hoher Durchschnittsgeschwindigkeit geeignete Arbeitspunkte für die erwartete Anforderungs-Leistung zugewiesen werden.
In ähnlicher Weise können die Straßenbelagsinformationen in die Betriebsstrategie eingeflochten werden, indem für Zeitabschnitte entlang des zeitlichen Verlaufs, in denen beispielsweise das Nutzfahrzeug über Straßenbelege mit hohem Rollwiderstand bewegt werden muss, beispielsweise im Off-Highway-Bereich, entsprechende Anpassungen der Arbeitspunkte für erhöhte oder verringerte Lastanforderungen zugewiesen werden. Meteorologieinformationen können dergestalt in die Betriebsstrategie eingeflochten werden, dass die Arbeitspunkte des Brennstoffzellensystems an Temperaturschwankungen und Luftdruckschwankungen angepasst werden können, die in bestimmten Zeitabschnitten des vorstehen bezeichneten Verlaufs zu erwarten sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird im Lichte des Vorstehenden das Verfahren weitergebildet mit dem Schritt:

- Ermitteln einer Änderung der Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs entlang des zeitlichen Verlaufs in Abhängigkeit der Gewichtsinformationen, und vorzugsweise zusätzlich in Abhängigkeit der Streckeninformationen. Beispielsweise kann die Gewichtsinformation als proportionaler Korrekturfaktor für ein Betriebskennfeld des Brennstoffzellensystems verwendet werden.

Vorzugsweise wird bzw. werden für Zeitabschnitte entlang des zeitlichen Verlaufs mit einer erhöhten Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs der bzw. die Arbeitspunkte derart angehoben, dass ihr Anheben dem Ansteigen der Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs zeitlich vorauseilt. Mit anderen Worten kann die Brennstoffzelle gewissermaßen in Vorbereitung auf einen Zeitabschnitt mit erhöhter Leistungsanforderung bereits präventiv die Arbeitspunkte anheben, und zwar gemäß den ihr vorliegenden Gewichtsinformationen auch ausreichend skaliert. Durch das zeitliche Vorauseilen wird das sprunghafte Ansteigen der Belastung auf die Brennstoffzelle vermieden, und es kann ein stetigerer Verlauf in der Veränderung der Arbeitspunkte erreicht werden, was der Lebensdauer der Brennstoffzelle zugutekommt.
In gleicher Weise kann alternativ oder zusätzlich für Zeitabschnitte entlang des zeitlichen Verlaufs mit einer verringerten Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs der oder die Arbeitspunkte derart gesenkt werden, dass ihr Absinken der Verringerung der Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs zeitlich vorauseilt. Alternativ oder zusätzlich wird für Zeitabschnitte entlang des zeitlichen Verlaufs mit einer verringerten Anforderungs-Leistung der oder die Arbeitspunkte derart gesenkt, dass ihr Absinken der Verringerung der Anforderungs-Leistung zeitlich nacheilt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Gewichtsinformationen die Gesamtmasse des Nutzfahrzeugs, und das Ermitteln der Gewichtsinformationen umfasst ein Erfassen einer resultierenden Fahrzeugbeschleunigung bei einer vorbestimmten Antriebsleistung des elektromotorischen Antriebs, und ein Berechnen der Gewichtsinformationen als Funktion der Fahrzeugbeschleunigung. Vorzugsweise erfolgt die Berechnung mittels der Newtonschen Axiome, insbesondere mittels des zweiten newtonschen Axioms F= m x a, wobei F die Antriebskraft ist, m die Fahrzeugmasse, und a die Beschleunigung. Vorzugsweise wird hierzu die tatsächlich umgesetzte Antriebsleistung des elektromotorischen Antriebs, und damit die Antriebskraft, welche für die Fahrzeugbeschleunigung a verantwortlich ist, erfasst. Die vom Antrieb umgesetzte Antriebsleistung ist entspricht der Anforderungs-Leistung abzüglich aller Leistungsverluste, die durch die Wandlung elektrischer Energie in mechanische Arbeit systematisch im elektromotorischen Antrieb auftreten. Bei Kenntnis der Verlustleistung, oder hinreichend genauer Schätzung, kann zur Ermittlung der Antriebskraft auch die Anforderungs-Leistung verwendet werden und etwa mit einem vorbestimmten Abschlagsfaktor verrechnet werden, welcher die Verluste charakterisiert. Vorzugsweise wird aber die tatsächlich umgesetzte Leistung des elektromotorischen Antriebs verwendet. Die Antriebskraft kann beispielsweise mittels Auslesen des Motormoments vom elektromotorischen Antrieb ermittelt werden. Die Beschleunigung wird vorzugsweise mittels eines oder mehrerer Beschleunigungssensoren ermittelt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Nutzfahrzeug ein Luftfahrwerk mit mehreren Luftfedern auf, die Gewichtsinformation umfasst die Zuladung des Nutzfahrzeugs, und das Ermitteln der Gewichtsinformationen umfasst: Erfassen eines Luftdrucks und/oder einer Zunahme der Luftdrücke in den Luftfedern, und Berechnen der Gewichtsinformationen als Funktion der Zunahme des jeweiligen Luftdrucks. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Verfahren ein Plausibilisieren der ermittelten Gewichtsinformationen mittels des Erfassens des Luftdrucks der Luftfedern.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Ermitteln der Gewichtsinformationen ein Erfassen von Kenngrößensignalen, die repräsentativ für den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs sind, ein Bestimmen der Gewichtsinformationen in Abhängigkeit dieser Kenngrößensignale. Die Kenngrößensignale können wie vorstehend beschrieben Beschleunigungsdaten oder Druckdaten sein, es können aber beispielsweise auch Weg- oder Winkeländerungssignale sein, die von Sensoreinrichtungen des Nutzfahrzeugs als Funktion einer gewichtsbedingten Relativbewegung zwischen Fahrzeugaufbau und Fahrwerk erfasst werden.
Vorzugsweise weist das Nutzfahrzeug eine Zugmaschine und einen Anhänger auf, und die Gewichtsinformationen werden separat für die Zugmaschine und den Anhänger, oder alternativ gemeinsam, ermittelt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, in der das Nutzfahrzeug die Zugmaschine und den Anhänger aufweist, sind die Zugmaschine und der Anhänger mittels einer Anhängerkupplung reversibel lösbar miteinander verbunden, und das Verfahren umfasst:

- Ermitteln eines Kopplungszustands der Anhängerkupplung, und:
- - in gekoppeltem Zustand Zuweisen eines pauschalen Gewichtswerts zu den Gewichtsinformationen, welcher repräsentativ für eine vorgebene Masse des Anhängers ist, oder Anheben der Arbeitspunkte um einen vorbestimmten Wert unabhängig von den Gewichtsinformationen, beispielsweise in einem Bereich von 10% oder mehr insbesondere 20% oder mehr; und/oder;
- - in entkoppeltem Zustand Zuweisen eines Gewichtswertes, der einem parametrierten Fahrzeuggewicht entspricht.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der deutlich vereinfachten Datenverarbeitung. Die Gewichtsklassen der Anhänger sind einfach zu ermitteln und sorgen in vielen Betriebsszenarien für ein ausreichendes Anpassen der Betriebsstrategie des Brennstoffzellensystems, auch ohne, dass eine genaue Gewichtsbestimmung vorgenommen wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Nutzfahrzeug ein Kühlsystem auf, das dazu eingerichtet ist, aus dem Brennstoffzellensystem mittels einer Kühlleistung Wärmeenergie abzuführen, und das Verfahren weist ferner den Schritt auf:

- Anpassen der Kühlleistung in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen.

Wenn das Nutzfahrzeug mit höherer Beladung betrieben wird, muss das Brennstoffzellensystem grundsätzlich mehr Leistung liefern und erfordert folglich auch mehr Kühlleistung. Da die Kühlleistung mit der abzurufenden Leistung des Brennstoffzellensystems korreliert und damit auch mit dem Beladungszustand des Nutzfahrzeugs korreliert, wird durch das Einbeziehen der Gewichtsinformation in das Anpassen der Kühlleistung die Performance und zugleich die Betriebssicherheit des Brennstoffzellensystems vorteilhaft beeinflusst.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Nutzfahrzeug dazu eingerichtet, in einem Rekuperationsmodus den elektromotorischen Antrieb als Generator anzusteuern, um mittels einer Rekuperationsleistung elektrische Energie entsprechend einer Rekuperationsleistung rückzugewinnen und dem Pufferspeicher zuzuführen, und das Verfahren umfasst ferner ein Anpassen der Rekuperationsleistung in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen. Genauso wie das Nutzfahrzeug mehr Leistung anfordert, wenn es bei höherer Beladung eine Steigung überwinden muss, kann auch mehr Energie rekuperiert werden, wenn ein Fahrzeug mit höherer Beladung ein Gefälle hinabfährt. Unter Berücksichtigung der Gewichtsinformationen, und vorzugsweise der Streckeninformationen, kann also auch der Lastpunkt für die Brennstoffzelle nach unten verschoben werden und die Ansteuerung des elektromotorischen Antriebs als Generator entsprechend angepasst werden.
Die Erfindung ist in einem ersten Aspekt anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Nutzfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem und einem elektromotorischen Antrieb, mit einer Brennstoffzelle, die zur Aufnahme von Reaktanten eingerichtet und in einem veränderlichen Arbeitspunkt betreibbar ist, einer Steuereinrichtung, die signalleitend mit der Brennstoffzelle verbunden und dazu eingerichtet ist, die Brennstoffzelle zum Betrieb in einem vorbestimmten Arbeitspunkt derart anzusteuern, dass mittels Umsetzung der zugeführten Reaktanten elektrische Energie bei einer Erzeugungs-Leistung erzeugt wird, einem Pufferspeicher, der dazu eingerichtet ist, die erzeugte elektrische Energie zwischenzuspeichern, wobei der elektromotorische Antrieb dazu eingerichtet ist, unter Entnahme elektrischer Energie aus dem Pufferspeicher mit einer Anforderungs-Leistung angetrieben zu werden.
Die Erfindung löst die zugrundeliegende Aufgabe bei einem solchen Nutzfahrzeug, indem das Nutzfahrzeug Mittel zum Ermitteln von Gewichtsinformationen aufweist, wobei die Gewichtsinformationen repräsentativ für den Beladungszustand des Fahrzeugs sind, und dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, den Arbeitspunkt in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen anzupassen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, das Verfahren gemäß den vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen auszuführen.
Die Erfindung macht sich diesbezüglich dieselben Vorteile zunutze wie das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
Die bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens sind somit zugleich bevorzugte Ausführungsformen des Nutzfahrzeugs und umgekehrt. Insoweit wird ergänzend auch auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Die Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt wird dementsprechend vorzugsweise weitergebildet, indem die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, eine, mehrere oder sämtliche der folgenden Funktionen auszuführen:

- Anpassen des Arbeitspunkts der Brennstoffzelle gemäß einer Betriebsstrategie, wobei die Betriebsstrategie einen zeitlichen Verlauf, und entlang des zeitlichen Verlaufs variierende Arbeitspunkte zur Ansteuerung der Brennstoffzelle aufweist, und wobei die Arbeitspunkte in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen angepasst werden;
- Ermitteln von Streckeninformationen entlang des zeitlichen Verlaufs, und Anpassen der Arbeitspunkte in Abhängigkeit der ermittelten Streckeninformationen, wobei vorzugsweise die Streckeninformationen eines, mehrere oder sämtliche der Folgenden umfassen:
- - Streckentopografie,
- - Verkehrsdichteinformationen,
- - Straßenbelagsinformationen,
- - Meteorologie-Informationen;
- Ermitteln eines entlang des zeitlichen Verlaufs variierenden Leistungsbedarfs des elektromotorischen Antriebs in Abhängigkeit der Gewichtsinformationen, und vorzugsweise zusätzlich in Abhängigkeit der Streckeninformationen; wobei vorzugsweise für Zeitabschnitte entlang des zeitlichen Verlaufs mit einer erhöhten Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs die Arbeitspunkte derart angehoben werden, dass ihr Anheben dem Ansteigen der Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs zeitlich vorauseilt, und/oder wobei vorzugsweise für Zeitabschnitte entlang des zeitlichen Verlaufs mit einer verringerten Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs die Arbeitspunkte derart gesenkt werden, dass ihr Absinken der Verringerung der Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs zeitlich vorauseilt;
-Erfassen einer resultierenden Fahrzeugbeschleunigung bei einer bekannten Antriebsleistung des elektromotorischen Antriebs, und Berechnen der Gewichtsinformationen als Funktion der Fahrzeugbeschleunigung, wobei die Gewichtsinformationen die Gesamtmasse des Nutzfahrzeugs umfassen;
- Erfassen einer Zunahme von Luftdrücken in Luftfedern, und Berechnen der Gewichtsinformationen als Funktion der Zunahme des jeweiligen Luftdrucks, wobei das Nutzfahrzeug ein Luftfahrwerk mit den Luftfedern aufweist, und die Gewichtsinformationen die Zuladung des Nutzfahrzeugs umfassen;
- Ermitteln der Gewichtsinformationen separat für eine Zugmaschine und einen Anhänger, oder gemeinsam, wobei das Nutzfahrzeug die Zugmaschine und den Anhänger aufweist;
- Ermitteln eines Kopplungszustands einer Anhängerkupplung, und in gekoppeltem Zustand Zuweisen eines pauschalen Gewichtswerts zu den Gewichtsinformationen, welcher repräsentativ für eine vorgebene Masse des Anhängers ist, oder Anheben der Arbeitspunkte um einen vorbestimmten Wert unabhängig von den Gewichtsinformationen;
- Anpassen einer Kühlleistung in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen, wobei das Nutzfahrzeug ein Kühlsystem aufweist, das dazu eingerichtet ist, aus dem Brennstoffzellensystem mittels der Kühlleistung Wärmeenergie abzuführen;
- Anpassen einer Rekuperationsleistung in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen, wobei das Nutzfahrzeug dazu eingerichtet ist, in einem Rekuperationsmodus den elektromotorischen Antrieb als Generator anzusteuern, um entsprechend der Rekuperationsleistung elektrische Energie rückzugewinnen und dem Pufferspeicher zuzuführen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Nutzfahrzeugs weist das Brennstoffzellensystem eine Brennstoffzellensteuerung auf, und die Steuereinrichtung ist partiell oder vollständig in die Brennstoffzellensteuerung integriert. Die Integration kann hardwaremäßig oder softwaremäßig erfolgen. Die Steuereinrichtung kann alternativ oder partiell zusätzlich als dediziertes Steuergerät ausgebildet sein, oder als distribuierte Anordnung mehrerer Steuergeräte, die jeweils eine oder mehrere der vorstehend bezeichneten Funktionen ausführen.
Die Datenverarbeitungseinheit kann eine dedizierte Hardwareeinheit mit einer oder mehreren Datenschnittstellen zum Empfang und zur Ausgabe von Daten, einem Prozessor, vorzugsweise einem Datenspeicher aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung, vorzugsweise mittels einer Datenschnittstelle und eines Datenkommunikationsnetzwerk des Nutzfahrzeugs, mit der Datenverarbeitungseinheit verbunden, und dazu eingerichtet, mittels der Datenschnittstelle die Gewichtsinformationen, und/oder Informationselemente zur Ermittlung der Gewichtsinformationen zu empfangen und weist ferner einen Prozessor auf, um die erhaltenen Informationen beziehungsweise Informationselemente zu verarbeiten, insbesondere in einem Verfahren nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, beziehungsweise mittels einer, mehrerer oder sämtlicher der vorstehend beschriebenen Funktionen.
Die Informationselemente umfassen insbesondere die vorstehend beschriebenen Kenngrößensignale, die repräsentativ für den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs sind.
Die Datenverarbeitungseinheit ist in bevorzugten Ausführungsformen dazu eingerichtet, von einem oder mehreren Sensoreinrichtungen Kenngrößensignale zu empfangen, die repräsentativ für den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs sind, und in Abhängigkeit dieser Kenngrößensignale die Gewichtsinformation zu bestimmen. Diesbezüglich wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Erläuterungen zum Verfahren verwiesen.
Das Datenkommunikationsnetzwerk kann beispielsweise ein Bus-System aufweisen, etwa einen CAN-Bus.
Alternativ kann die Datenverarbeitungseinheit in die Steuereinrichtung integriert sein.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Hierbei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Nutzfahrzeugs gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, und
2 eine schematische Darstellung einer Betriebsstrategie für den Betrieb des Nutzfahrzeugs gemäß 1.

In 1 ist ein Nutzfahrzeug 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das Nutzfahrzeug 1 weist eine Zugmaschine 3 und einen Anhänger 4 auf, die mittels einer Anhängerkupplung 5 reversibel lösbar miteinander gekoppelt sind.
Das Nutzfahrzeug 1 weist ferner ein Brennstoffzellensystem 7 auf, exemplarisch dargestellt als Bestandteil der Zugmaschine 3. Dies ist nicht notwendigerweise der Fall. Das Brennstoffzellensystem 7 umfasst eine Brennstoffzelle 9, die anodenseitig mit einem Wasserstoffreservoir 11 fluidleitend verbunden ist, und kathodenseitig mit einer Luftzufuhr 13, die beispielsweise dazu eingerichtet ist, Umgebungsluft zuzuführen.
Die Brennstoffzelle 9 ist dazu eingerichtet, die ihr zugeführten Reaktanten H₂, O₂ umzusetzen und mit einer Erzeugungs-Leistung P elektrische Energie zu erzeugen. Es muss hierbei kein reiner Sauerstoff zugeführt werden, sondern es können auch sauerstoffhaltige Stoffgemische wie etwa Umgebungsluft zugeführt werden.
Die Brennstoffzelle 9 ist elektrisch leitend mit einem Pufferspeicher 15 verbunden und dazu eingerichtet, abhängig von der Erzeugungs-Leistung P, die sie bereitstellt, elektrische Energie in dem Pufferspeicher 15 zwischenzuspeichern.
Der Pufferspeicher 15 ist elektrisch leitend mit einem elektromotorischen Antrieb 17 verbunden. Der elektromotorische Antrieb 17 weist eine elektrische Maschine 19 auf, die sowohl als Elektromotor als auch als Generator ansteuerbar ist. In einem normalen Betriebsmodus wird die elektrische Maschine 19 als Elektromotor angesteuert und sorgt für den Vortrieb des Nutzfahrzeugs 1. Zum Antrieb des elektromotorischen Antriebs 17 benötigt dieser eine Anforderderungs-Leistung P_r, und die von der Anforderungs-Leistung P_r abhängige nötige elektrische Energie wird aus dem Pufferspeicher 15 entnommen. Der elektromotorische Antrieb 17 ist also dazu eingerichtet, unter Entnahme elektrischer Energie aus dem Pufferspeicher 15 angetrieben zu werden. In einem Rekuperationsmodus ist die elektrische Maschine 19 als Generator ansteuerbar und sorgt für eine Rückgewinnung elektrischer Energie und Zwischenspeicherung im Pufferspeicher 15.
Die Brennstoffzelle 9 ist fluidleitend mit einem Kühlsystem 21 verbunden, wobei das Kühlsystem 21 dazu eingerichtet ist, mittels Zirkulation eines Kühlmediums unter Aufbringen einer Kühlleistung K der Brennstoffzelle 9, und optional weiteren Komponenten des Brennstoffzellensystems, Wärme zu entziehen.
Die Brennstoffzelle 9 ist bei veränderlichen Arbeitspunkten A₁...A_n betreibbar und weist zu diesem Zweck eine Steuereinrichtung 23 auf, welche signalleitend mit der Brennstoffzelle 9 verbunden und dazu eingerichtet ist, die Brennstoffzelle 9 zum Betrieb in einem vorbestimmten Arbeitspunkt A₁...A_n derart anzusteuern, dass mittels Umsetzung der zugeführten Reaktanten H₂, O₂ elektrische Energie erzeugt wird.
Das Nutzfahrzeug 1 weist ferner eine Datenverarbeitungseinheit 25 zum Ermitteln von Gewichtsinformationen G auf, wobei die Gewichtsinformationen G repräsentativ für den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs 1 sind. Die Datenverarbeitungseinheit 25 ist in 1 als dedizierte Hardwareeinheit dargestellt. Sie kann aber auch in die Steuereinrichtung 23 integriert sein.
Die Steuereinrichtung 23 ist dazu eingerichtet, den Arbeitspunkt A₁...A_n in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen G anzupassen. Sofern die Datenverarbeitungseinheit 25 und die Steuereinrichtung 23 eigenständige Einheiten sind, ist zur Kommunikation zwischen den der Datenverarbeitungseinheit 25 und der Steuereinrichtung 23 vorzugsweise ein Datenkommunikationsnetzwerk 27 vorgesehen, welches beispielsweise einen CAN-Bus 29 aufweisen kann, und mit dem sowohl die Steuereinrichtung 23 als auch die Datenverarbeitungseinheit 25 zur Ermittlung der Gewichtsinformationen G signalleitend verbunden sind. Alternativ dazu wäre auch eine direkte Verbindung denkbar.
Die Datenverarbeitungseinheit 25 zur Ermittlung der Gewichtsinformationen G ist dazu eingerichtet, die Gewichtsinformationen G bereitzustellen. Dazu ist die Datenverarbeitungseinheit 25 dazu eingerichtet, von einer oder mehreren (nicht dargestellten) Sensoreinrichtungen Informationselemente E, insbesondere Kenngrößensignale, zu empfangen, die repräsentativ für den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs sind, und in Abhängigkeit dieser Kenngrößensignale die Gewichtsinformation zu bestimmen. Die Kenngrößensignale können etwa Daten, die repräsentativ für Beschleunigungswerte, Drücke und dergleichen umfassen, siehe unten.
Die elektronische Steuereinrichtung 23 weist vorzugsweise einen oder mehrere Prozessoren 33 zur Datenverarbeitung auf, sowie weiter vorzugsweise einen Datenspeicher 35, in dem die Befehle zum Steuern des Brennstoffzellensystems 7 gespeichert sind.
Die elektronische Steuereinrichtung 23 kann ein dediziertes Steuergerät sein, oder kann hardwaremäßig und/oder softwaremäßig in eine vorhandene Brennstoffzellensteuerung der Brennstoffzelle 9 integriert sein. Alternativ kann die Steuereinrichtung 23 in ein Bremssteuergerät (EBS) der Zugmaschine 3 oder ein Bremssteuergerät (TEBS) des Anhängers 4 integriert sein.
Die Steuereinrichtung 23 weist zur Kommunikation mit dem Datenkommunikationsnetzwerk 27 eine Datenschnittstelle 37 auf.
Das Nutzfahrzeug 1 weist optional ein Luftfahrwerk 39 mit einer oder mehreren Luftfedern 41 auf, die der Zugmaschine 3 und/oder dem Anhänger 4 zugeordnet sein können.
Nachdem vorstehend der strukturelle Aufbau des Nutzfahrzeugs 1 erläutert wurde, wird im Folgenden auf die Verwendung des Nutzfahrzeugs 1 bzw. des Brennstoffzellensystems 7 eingegangen.
Soll das Nutzfahrzeug 1 bewegt werden, ist es nötig, dem elektromotorischen Antrieb 17 elektrische Energie zuzuführen. Es wird zur Ansteuerung des elektromotorischen Antriebs 17 eine Anforderungs-Leistung P_r angefordert und vom Pufferspeicher 15 bereitgestellt. Damit es nicht zu einer Entleerung des Pufferspeichers 15 kommt, weist die Steuereinrichtung 23, die signalleitend mit dem elektromotorischen Antrieb 17 und der Brennstoffzelle 9 verbunden ist, die Brennstoffzelle 9 an, zur Aufrechterhaltung des Ladezustands des Pufferspeichers 15 eine Erzeugungs-Leistung P bereitzustellen und elektrische Energie zu erzeugen. Hierzu wird über das Einstellen der Betriebsparameter der Brennstoffzelle 9, unter anderem des erforderlichen Reaktantengleichgewichts und der erforderlichen Reaktanten-Stoffmenge, ein Arbeitspunkt A₁ ... A_n der Brennstoffzelle 9 eingestellt, und es wird entsprechend dieses Arbeitspunkts A₁ ... A_n elektrische Energie an den Pufferspeicher 15 geliefert. In die Ermittlung eines korrekten Arbeitspunkts A₁...A_n wird erfindungsgemäß zudem die Gewichtsinformation G einbezogen, welche der Steuereinrichtung 23, vorzugsweise über ihre Datenschnittstelle 37, zur Verfügung gestellt wird. Die Kenntnis der Gewichtsinformationen G erlaubt es, den Arbeitspunkt A₁ ... A_n von vornherein bereits auf ein Niveau einzustellen, welches der tatsächlichen Fahrzeugmasse, bzw. dem tatsächlichen Beladungszustand des Fahrzeugs, angemessen ist. Dies ist exemplarisch verdeutlicht in 2.
In 2 ist schematisch ein zeitlicher Verlauf t für eine Anforderungs-Leistung P_r,I für ein unbeladenes Nutzfahrzeug 1 dargestellt, und darüber schematisch ein zeitlicher Verlauf einer Anforderungs-Leistung P_r,II für ein voll beladenes Nutzfahrzeug. Aufgrund der höheren Fahrzeugbeladung ist zum Betrieb des Fahrzeuges mit P_r,ll eine höhere Anforderungs-Leistung notwendig, und durch das Berücksichtigen dieser Gewichtsinformationen kann für die Anforderungs-Leistung P_r,ll der erste Arbeitspunkt A₁ bereits höher eingestellt werden als es notwendig wäre, wenn das Fahrzeug nur leer fährt, wie durch die Anforderungs-Leistung P_r,II angedeutet.
Bei einem nichtprädiktiven System würde die Brennstoffzelle bei einem konstanten Arbeitspunkt arbeiten, und erst, wenn die Anforderungs-Leistung P_r des elektromotorischen Antriebs stiege, und der Ladezustand des Pufferspeichers 15 sich änderte, würde die Brennstoffzelle als Reaktion auf die geänderte Lastanforderung zu einem Betrieb bei einem erhöhten Arbeitspunkt übergehen und eine höhere Erzeugungs-Leistung P bereitstellen.
Im Unterschied dazu schlägt die Erfindung vor, die Arbeitspunkte A₁ ... A_n auch während des Betriebs des Nutzfahrzeugs in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen G anzupassen, nämlich anhand einer Betriebsstrategie S(t).
So ist im Rahmen der Betriebsstrategie S(t) der zeitliche Verlauf P_r,I bzw. P_r,ll der Anforderungs-Leistung des elektromotorischen Antriebs vorbekannt und in die Steuereinrichtung 23 eingepflegt, beispielsweise in deren Datenspeicher 35 hinterlegt. Es ist insbesondere die entlang des zeitlichen Verlaufs zurückzulegende Strecke bekannt, welche die Anforderungs-Leistung P_r prägt. Zusammen mit den Gewichtsinformationen G des Fahrzeugs kann gut abgeschätzt werden, zu welchem Zeitpunkt entlang des zeitlichen Verlaufs einer bevorstehenden Fahrt eine erhöhte Leistung vom elektromotorischen Antrieb 17 angefordert werden wird, in den Beispielen der 2 zwischen t₁ und t₂. Auf der Basis kann der Arbeitspunktverlauf A₁ ...A_n der Brennstoffzelle verändert werden.
Die Stärke des Anstiegs der Anforderungs-Leistung P_r des elektromotorischen Antriebs 17 und damit der Anpassungsbedarf an die Erzeugungs-Leistung der Brennstoffzelle 9 ist wiederum abhängig vom Beladungszustand des Nutzfahrzeugs 1, was durch die Ermittlung der Gewichtsinformationen G vorteilhaft abgebildet werden kann.
Wie in 2 zu sehen ist, fällt der Anstieg der Angeforderungs-Leistung P_r bei höherer Fahrzeugmasse entsprechend stärker ins Gewicht. Zur Veranschaulichung ist in 2 eine erste Rampe R_I dargestellt, welche die stärkste Anstiegsrate der Leistung δP_I/δ_II der Brennstoffzelle eines unbeladenen Fahrzeugs kennzeichnet, sowie eine zweite Rampe R_II, welche die stärkste Anstiegsrate der Leistung δP_II/δt_II der Brennstoffzelle eines beladenen Fahrzeugs kennzeichnet. Aufgrund des Einbeziehens der Gewichtsinformation G, vgl. 1, kann die Anstiegsrate, d.h. die Steilheit der jeweiligen Rampe R_I bzw. R_II, angemessen, aber flach genug gesteuert werden, so dass eine durch die Sprünge in der Angeforderungs-Leistung P_r potentiell auftretende Belastungsdynamik begrenzt werden, denn das Ausmaß des Sprungs der Angeforderungs-Leistung P_r ist durch die Ermittlung der Gewichtsinformationen G bereits bekannt, bevor der Sprung erfolgt.
Durch Einbeziehen der Betriebsstrategie S(t) kann diesem Rechnung getragen werden: Die Steuereinrichtung 23 beginnt bereits mit zeitlichem Vorlauf, nämlich vor dem Zeitpunkt t₁, in Abhängigkeit der Gewichtsinformationen G die Arbeitspunkte A₁...A_n anzuheben, um die Dynamik der Brennstoffzelle 9 zu begrenzen und dennoch ausreichend elektrische Energie an den Pufferspeicher 15 liefern zu können.
In die Betriebsstrategie S(t) können zusätzlich zu den Gewichtsinformationen G als weitere Informationselemente E sämtliche Informationen eingebunden werden, die dem Datenkommunikationsnetzwerk 27 des Nutzfahrzeugs zur Verfügung stehen, und die sich auf die angeforderte Leistung P_r des elektromotorischen Antriebs 17 auswirken können, wie beispielsweise Streckeninformationen T entlang des zeitlichen Verlaufs, beispielsweise die Streckentopographie, Verkehrsdichteinformationen, Straßenbelagsinformationen oder Meteorologieinformationen. Die Streckeninformationen T liegen im Datenkommunikationsnetzwerk 27 vor und werden in allgemein bekannter Weise mittels (nicht dargestellter) Sensoren ermittelt oder manuell eingegeben.
Genauso wie entlang des zeitlichen Verlaufs eine steigende Anforderungs-Leistung ermittelt wird, so kann auch entlang des zeitlichen Verlaufs eine sinkende Anforderungs-Leistung ermittelt werden, so auch in 2 zum Zeitpunkt t₂. Während beim Zeitpunkt t₁ der Leistungsbedarf, d.h. die Anforderungs-Leistung P_r, ansteigt, nimmt er im Zeitpunkt t₂ ab. Im Vorliegenden Beispiel sinkt die Angeforderungs-Leistung P_r auf das Niveau vor dem Zeitpunkt t₁ ab.
Analog zum Steuerverfahren zuvor weist die Steuereinrichtung 23 die Brennstoffzelle 9, vorzugsweise zeitlich vorauseilend, an, die Arbeitspunkte A_n allmählich zu senken, vorzugsweise stetig, und dabei wiederum die Dynamik der Änderung der Arbeitspunkte der Brennstoffzelle 9 zu begrenzen.
Die Gewichtsinformationen werden vorzugsweise in der Datenverarbeitungseinheit 25 oder in der Steuereinrichtung 23 berechnet. Hierfür wird der jeweiligen Einheit, beispielsweise über das Datenkommunikationsnetzwerk 27, in einer bevorzugten Ausführungsform als Informationselement E eine repräsentative Kenngröße zu einer Fahrzeugbeschleunigung a übermittelt. Zusätzlich sollte vorzugsweise eine repräsentative Kenngröße zu der tatsächlich umgesetzten Antriebsleistung P_A des elektromotorischen Antriebs 17, und damit die Antriebskraft, welche für die Fahrzeugbeschleunigung a verantwortlich ist, bekannt sein. Diese Information kann beispielsweise mittels Auslesen des Motormoments vom elektromotorischen Antrieb 17 bezogen werden.
P_A wird abzüglich von Leistungsverlusten und somit abhängig vom Wirkungsgrad des elektromotorischen Antriebs der Angeforderungs-Leistung P_r entsprechen.
Aus der bekannten Antriebsleistung P_A und der bekannten Fahrzeugbeschleunigung a kann die Gesamtmasse des Fahrzeugs als Gewichtsinformation G berechnet und für die Anpassung der Betriebsstrategie S(t) verwendet werden.
Besonders bevorzugt werden die Gewichtsinformationen mittels der Beziehung F=m x a ermittelt, wobei m die berechnete Gesamtmasse des Fahrzeugs ist, die Beschleunigung a sensorisch erfasst wird, und die Kraft F aus der Antriebsleistung, insbesondere dem Motormoment, ermittelt wird (s.o.).
Zur Ermittlung - oder zur Plausibilisierung - der Gewichtsinformationen G können erfindungsgemäß auch die Luftdrücke p in den Luftfedern 41 des Luftfahrwerks 39 ausgelesen werden. Über eine Luftdruckveränderung kann die Veränderung der Zuladung des Fahrzeugs festgestellt werden. Der Luftdruck p wird vorzugsweise als Kenngrößensignal der Datenverarbeitungseinheit 25 übermittelt und in der Datenverarbeitungseinheit 25 entsprechend verarbeitet.
Die Gewichtsinformationen G müssen nicht sensorisch ermittelt oder berechnet werden, sie können in einer alternativen bevorzugten Ausführungsform auch fahrzeugextern ermittelt werden, etwa in einer Fahrzeug-Waage, oder manuell eingegeben werden und der Steuereinrichtung 23, beispielsweise über das Datenkommunikationsnetzwerk 27, zur Verfügung gestellt werden.
Eine weitere Möglichkeit der Einbeziehung der Gewichtsinformationen in die Betriebsstrategie S(t) kann so realisiert werden, dass der Kopplungszustand der Anhängerkupplung 5 zwischen der Zugmaschine 3 und dem Anhänger 4 von der Steuerungseinrichtung 23 überwacht wird. Ermittelt die Steuereinrichtung 23, dass die Anhängerkupplung 5 sich in ihrem Kopplungszustand befindet, wird für die Betriebsstrategie S(t) ein pauschaler Gewichtswert G_p für die Gewichtsinformationen G verwendet, der repräsentativ für eine Zugmaschine 3 mit einem Anhänger 4 mit einer definierten Beladung, etwa halbvoll oder voll, ist. Ermittelt die Steuereinrichtung 23, dass sich die Anhängerkupplung 5 in einem entkoppelten Zustand befindet, wird den Gewichtsinformationen G ein pauschaler Gewichtswert G_p zugewiesen, der repräsentativ für einen Betrieb der Zugmaschine 3 ohne Anhänger 4 ist. Diese Fallunterscheidung ist programmiertechnisch sehr leicht umzusetzen und führt bereits in den meisten Fahrsituationen zu einer funktionsfähigen Betriebsstrategie, die die Vorteile der Erfindung bereits zu einem hohen Grad erreicht.
Die Kenntnis der Gewichtsinformationen G kann nicht nur zum Anpassen der Arbeitspunkte A₁...A_n der Brennstoffzelle 9 eingesetzt werden. Vorzugsweise steuert die Steuereinrichtung 23 in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen G zusätzlich die Kühlleistung K des Kühlsystems 21, sodass auch bei den angepassten Arbeitspunkten eine adäquate Kühlung der Brennstoffzelle 9 und etwaiger weiterer Komponenten erfolgt.
Es sind vorstehend mehrere Möglichkeiten zur Ermittlung der Gewichtsinformationen G beschrieben worden. Die Erfindung kann unter Kombination mehrerer oder sämtlicher dieser Möglichkeiten genutzt werden, sie kann allerdings auch unter Auswahl nur einer dieser Möglichkeiten umgesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Nutzfahrzeug
3: Zugmaschine
4: Anhänger
5: Anhängerkupplung
7: Brennstoffzellensystem
9: Brennstoffzelle
11: Wasserstoffreservoir
13: Luftzufuhr
15: Pufferspeicher
17: Antrieb
19: elektrische Maschine
21: Kühlsystem
23: Steuereinrichtung
25: Datenverarbeitungseinheit (Ermittlung Gewichtsinformationen)
27: Datenkommunikationsnetzwerk
29: CAN-Bus
33: Prozessor
35: Datenspeicher
37: Datenschnittstelle
39: Luftfahrwerk
41: Luftfeder
a: Beschleunigung
(A1, An): Arbeitspunkte
E: Informationselement
H2, O2: Reaktanten
G: Gewichtsinformation:
Gp: pauschaler Gewichtswert
K: Kühlleistung
p: Druck, Luftfeder
P: Erzeugungs-Leistung, Brennstoffzelle
PA: umgesetzte Antriebsleistung, elektromotorischer Antrieb
Pr: Angeforderungs-Leistung, elektromotorischer Antrieb
S(t): Betriebsstrategie
t: zeitlicher Verlauf
T: Streckeninformationen

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Nutzfahrzeugs (1) mit Brennstoffzellensystem (7) und elektromotorischem Antrieb (17), umfassend: - Zuführen von Reaktanten (H₂, O₂) zu einer Brennstoffzelle (9) des Brennstoffzellensystems (7), wobei die Brennstoffzelle (9) dazu eingerichtet ist, in einem veränderlichen Arbeitspunkt (A₁...A_n) betrieben zu werden, - Ansteuern der Brennstoffzelle (9) derart, dass mittels Umsetzung der zugeführten Reaktanten (H₂, O₂) elektrische Energie bei einer Erzeugungs-Leistung (P) erzeugt wird, - Zwischenspeichern der erzeugten elektrischen Energie in einem Pufferspeicher (15), und - Antreiben des elektromotorischen Antriebs (17) unter Entnahme elektrischer Energie aus dem Pufferspeicher (15) mit einer Anforderungs-Leistung (P_r), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner umfasst: - Ermitteln von Gewichtsinformationen (G), die repräsentativ für einen Beladungszustand des Nutzfahrzeugs (1) sind, und - Anpassen des Arbeitspunkts (A₁ ... A_n) in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen (G).
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den Schritt: - Anpassen des Arbeitspunkts (A₁ ... A_n) der Brennstoffzelle gemäß einer Betriebsstrategie (S), wobei die Betriebsstrategie (S) einen zeitlichen Verlauf (t), und entlang des zeitlichen Verlaufs (t) variierende Arbeitspunkte (A₁ ... A_n) zur Ansteuerung der Brennstoffzelle (9) aufweist, und wobei die Arbeitspunkte (A₁ ... A_n) in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen (G) angepasst werden.
Verfahren nach Anspruch 2, umfassend den Schritt: - Ermitteln von Streckeninformationen (T) entlang des zeitlichen Verlaufs (t), und - Anpassen der Arbeitspunkte (A₁ ... A_n) in Abhängigkeit der ermittelten Streckeninformationen (T).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: - Ermitteln einer Änderung entlang des zeitlichen Verlaufs (t) der Anforderungs-Leistung (P_r,I, P_r,II) des elektromotorischen Antriebs (17) in Abhängigkeit der Gewichtsinformationen (G), und vorzugsweise zusätzlich in Abhängigkeit der Streckeninformationen (T).
Verfahren nach Anspruch 4, wobei für Zeitabschnitte (t₁-t₂) entlang des zeitlichen Verlaufs mit einer erhöhten Anforderungs-Leistung (P_r,I, P_r,II) des elektromotorischen Antriebs (17) die Arbeitspunkte (A₁ ... A_n) derart angehoben werden, dass ihr Anheben dem Ansteigen der Anforderungs-Leistung (P_r,I, P_r,II) des elektromotorischen Antriebs (17) zeitlich vorauseilt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei für Zeitabschnitte (t₁-t₂) entlang des zeitlichen Verlaufs (t) mit einer verringerten Anforderungs- Leistung (P_r,I, P_r,II) des elektromotorischen Antriebs (17) die Arbeitspunkte (A₁ ... A_n) derart gesenkt werden, dass ihr Absinken der Verringerung der Anforderungs-Leistung (P_r,I, P_r,II) des elektromotorischen Antriebs (17) zeitlich vorauseilt oder nacheilt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln der Gewichtsinformationen (G) umfasst: - Erfassen von Kenngrößensignalen (p, a), die repräsentativ für einen Beladungszustand des Nutzfahrzeugs sind, und - Bestimmen der Gewichtsinformationen (G) als Funktion der Kenngrößensignale (p, a).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Gewichtsinformationen (G) eine Gesamtmasse des Nutzfahrzeugs (1) umfassen, und das Ermitteln der Gewichtsinformationen (G) umfasst: - Erfassen einer resultierenden Fahrzeugbeschleunigung (a)des elektromotorischen Antriebs (17), und - Berechnen der Gewichtsinformationen (G) als Funktion der Fahrzeugbeschleunigung (a).
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Nutzfahrzeug (1) ein Luftfahrwerk (39) mit mehreren Luftfedern (41) aufweist, die Gewichtsinformationen (G) die Zuladung des Nutzfahrzeugs (1) umfassen, und das Ermitteln der Gewichtsinformationen (G) umfasst: - Erfassen einer Zunahme der Luftdrücke (p) in den Luftfedern (41), und Berechnen der Gewichtsinformationen (G) als Funktion der Zunahme des jeweiligen Luftdrucks (p).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Nutzfahrzeug (1) eine Zugmaschine (3) und einen Anhänger (4) aufweist, und die Gewichtsinformationen (G) separat für die Zugmaschine (3) und den Anhänger (4), oder gemeinsam, ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Nutzfahrzeug (1) eine Zugmaschine (3) und einen Anhänger (4) aufweist, die mittels einer Anhängerkupplung (5) reversibel lösbar miteinander verbunden sind, und das Verfahren umfasst: - Ermitteln eines Kopplungszustands der Anhängerkupplung (5), und: - in gekoppeltem Zustand Zuweisen eines pauschalen Gewichtswerts (G_p) zu den Gewichtsinformationen (G), welcher repräsentativ für eine vorgebene Masse des Anhängers (4) ist, oder Anheben der Arbeitspunkte um einen vorbestimmten Wert unabhängig von den Gewichtsinformationen (G), und/oder - in entkoppeltem Zustand Zuweisen eines Gewichtswerts (G_p), welcher einem parametrierten Fahrzeuggewicht entspricht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Nutzfahrzeug (1) ein Kühlsystem (21) aufweist, das dazu eingerichtet ist, aus dem Brennstoffzellensystem (7) mittels einer Kühlleistung (K) Wärmeenergie abzuführen, und das Verfahren ferner umfasst: - Anpassen der Kühlleistung (K) in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen (G).
Nutzfahrzeug (1) mit Brennstoffzellensystem (7) und elektromotorischem Antrieb (17), mit - einer Brennstoffzelle (9), die zur Aufnahme von Reaktanten (H₂, O₂) eingerichtet und in einem veränderlichen Arbeitspunkt (A₁ ... A_n) betreibbar ist, - einer Steuereinrichtung (23), die signalleitend mit der Brennstoffzelle (9) verbunden und dazu eingerichtet ist, die Brennstoffzelle (9) zum Betrieb derart anzusteuern, dass mittels Umsetzung der zugeführten Reaktanten (H₂, O₂) elektrische Energie bei einer Erzeugungs-Leistung (P) erzeugt wird, - einem Pufferspeicher (15), der dazu eingerichtet ist, die erzeugte elektrische Energie zwischenzuspeichern, - wobei der elektromotorische Antrieb (17) dazu eingerichtet ist, unter Entnahme elektrischer Energie aus dem Pufferspeicher (15) mit einer Anforderungs-Leistung (P_r) angetrieben zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Nutzfahrzeug (1) eine Datenverarbeitungseinheit (25) aufweist, die zum Ermitteln von Gewichtsinformationen (G) eingerichtet ist, wobei die Gewichtsinformationen (G) repräsentativ für den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs (1) sind, und dass die Steuereinrichtung (23) dazu eingerichtet ist, den Arbeitspunkt (A₁ ... A_n) in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsinformationen (G) anzupassen.
Nutzfahrzeug nach Anspruch 13, wobei die Steuereinrichtung (23), vorzugsweise mittels einer Datenschnittstelle (37) und eines Datenkommunikationsnetzwerks(27) des Nutzfahrzeugs (1), mit der Datenverarbeitungseinheit (25) verbunden ist, und dazu eingerichtet ist, die Gewichtsinformationen (G), und/oder Informationselemente (E) zur Ermittlung der Gewichtsinformationen (G), zu empfangen und einen Prozessor (33) aufweist, um diese zu verarbeiten, insbesondere in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Nutzfahrzeug nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Datenverarbeitungseinheit (25) dazu eingerichtet ist, von einer oder mehreren Sensoreinrichtungen Kenngrößensignale zu empfangen, die repräsentativ für den Beladungszustand des Nutzfahrzeugs sind, und in Abhängigkeit dieser Kenngrößensignale die Gewichtsinformation zu bestimmen.