DE102023108150B3 - Brennstoffzellen-Fahrzeug und Verfahren zu dessen Betrieb - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs (1), aufweisend ein Brennstoffzellensystem (2), eine Traktionsbatterie (4) und mindestens einen elektrischen Antriebsmotor (5), der aus dem Brennstoffzellensystem (2) und/oder der Traktionsbatterie (4) mit elektrischer Energie versorgt werden kann, wobei in einem ersten Betriebsmodus das Brennstoffzellensystem (2) und das Brennstoffzellen-Fahrzeug (1) durch eine oder mehrere von in Abhängigkeit des aktuellen Fahrzeugzustands möglichen Maßnahmen besonders geräuscharm betrieben wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Brennstoffzellen-Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
  • Die Verringerung von Verkehrslärm in urbanen Bereichen ist seit geraumer Zeit ein wichtiges Anliegen der Gesetzgebung. Die Verringerung des äußeren Geräuschniveaus von Brennstoffzellen-Nutzfahrzeugen kann es für deren Betreiber erleichtern, gesetzliche Vorschriften wie die „Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm“ einzuhalten, die bestimmt, ob es für ein Nutzfahrzeug möglich ist, beispielsweise Lebensmittel in der Nacht auszuliefern, ohne Wohngebiete in der Umgebung zu stören. Brennstoffzellenfahrzeuge können wegen ihrer verschiedenen Betriebsarten eine einzigartige Geräuschcharakteristik aufweisen.
  • Es ist daher wünschenswert, die äußere Geräuschemission grundsätzlich oder zumindest in urbanen Bereichen zu verringern.
  • CN 1 12 224 041 A beschreibt eine Geräuschreduzierungsstruktur einer Wärmeableitungsanordnung eines Brennstoffzellenfahrzeugs. Das Brennstoffzellenfahrzeug ist mit einem Wärmeableitungs-Wassertank, einer Lüfteranordnung und einer Speicherbatterie versehen. Ein mit Gleichstrom verstärkter DC/DC-Wandler ist an einem Energiekreis von der Speicherbatterie zu der Lüfteranordnung angeordnet, und der DC/DC-Wandler ist mit einer Fahrzeugsteuereinheit über einen Signalkreis verbunden. Ferner wird ein Geräuschunterdrückungsverfahren der Geräuschreduzierungsstruktur beschrieben. Durch Anwenden des technischen Schemas kann der Geräuschpegel der Wärmeableitungsanordnung des Brennstoffzellensystems im gesamten Betriebszustandsbereich effektiv reduziert werden, und verglichen mit dem Stand der Technik kann das Geräusch um 17 dBA-22 dBA reduziert werden.
  • DE 10 2017 204 075 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung der Akustik eines Fahrzeugs mit einem Brennstoffzellensystem, wobei das Brennstoffzellensystem eingerichtet ist, elektrische Energie für einen elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs zu erzeugen. Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Akustik-Information, die einen Wunsch eines Insassen des Fahrzeugs in Bezug auf die Akustik des Fahrzeugs anzeigt. Außerdem umfasst das Verfahren das Anpassen einer Geräuschemission des Brennstoffzellensystems in Abhängigkeit von der Akustik-Information.
  • DE 10 2017 208 441 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines Steuergerätes, 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 der Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems, weiterhin eine zweite Dauer einer vom Fahrzeug noch zu fahrenden Restwegstrecke, den aktuellen Ladezustand des Energiespeichers und eine dritte Dauer für die Einstellung eines gewünschten Ladezustandes des Energiespeichers. Der Energiespeicher wird auf den gewünschten Ladezustand aufgeladen, falls der aktuelle Ladezustand nicht ausreicht, um die noch zu fahrende Restwegstrecke zurückzulegen. Weiterhin leitet das Steuergerät die Abschaltprozedur des Brennstoffzellensystems ein. Die Leistungsentnahme zum Betrieb des elektrischen Antriebs erfolgt vollständig aus dem Energiespeicher.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs sowie ein neuartiges Brennstoffzellen-Fahrzeug anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Brennstoffzellen-Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein Brennstoffzellen-Fahrzeug weist ein Brennstoffzellensystem, eine Traktionsbatterie und mindestens einen elektrischen Antriebsmotor auf, der aus dem Brennstoffzellensystem und/oder der Traktionsbatterie mit elektrischer Energie versorgt werden kann. In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb des Brennstoffzellen-Fahrzeugs ist vorgesehen, dass in einem ersten Betriebsmodus das Brennstoffzellensystem und das Brennstoffzellen-Fahrzeug durch eine oder mehrere von in Abhängigkeit des aktuellen Fahrzeugzustands möglichen Maßnahmen besonders geräuscharm betrieben wird.
  • Der leise erste Betriebsmodus für Brennstoffzellen-Fahrzeuge trägt zu einer leiseren urbanen Umgebung bei und erleichtert die Einhaltung rechtlicher Rahmenbedingungen wie beispielsweise der „Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm“. Der Betreiber des Brennstoffzellen-Nutzfahrzeugs wird so in die Lage versetzt, Güter in der Nacht bei geringem Verkehr auszuliefern.
  • Erfindungsgemäß umfassen die Maßnahmen:
    • - sequentielle statt gleichzeitige Ansteuerung geräuschintensiver Aggregate.
  • In einer Ausführungsform umfassen die Maßnahmen ferner:
    • - ausschließliche Nutzung der Traktionsbatterie, sofern deren Ladestand dies erlaubt,
    • - Begrenzung einer Beschleunigung und/oder eines verfügbaren Drehmoments des mindestens einen elektrischen Antriebsmotors,
    • - Reduzierung der durch ein akustisches Fahrzeug-Warnsystem zur Erzeugung akustischer Warnsignale beim Rangieren und Fahren mit niedrigen Geschwindigkeiten des Brennstoffzellen-Fahrzeugs emittierten Geräusche auf ein vorgegebenes Minimum.
  • Indem Beschleunigung und/oder Drehmoment und somit auch Schlupf an den Reifen in urbanen Bereichen verringert werden, werden auch Verschleiß und Schäden an den Reifen und Fahrbahnen verringert.
  • Erfindungsgemäß umfassen die geräuschintensiven Aggregate mindestens einen Kühlerlüfter und/oder mindestens einen Kompressor.
  • In einer Ausführungsform werden in einem zweiten Betriebsmodus Komponenten des Brennstoffzellen-Fahrzeugs und/oder des Brennstoffzellensystems für eine bevorstehende Fahrt in einem urbanen Bereich vorkonditioniert.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Vorkonditionierung mindestens eine der folgenden Maßnahmen:
    • - Laden der Traktionsbatterie,
    • - präventive Ansteuerung der Kühlerlüfter vor Erreichen des urbanen Bereichs, um eine Drehzahl der Kühlerlüfter während der Fahrt durch den urbanen Bereich geringhalten und dennoch ausreichend Kühlleistung bereit stellen zu können,
    • - Berücksichtigung einer geplanten Ankunftszeit und/oder Lieferung von Gütern in einem urbanen Bereich.
  • In einer Ausführungsform wird bei der Berücksichtigung von geplanter Ankunftszeit und/oder Lieferung von Gütern im zweiten Betriebsmodus erkannt, ob das Brennstoffzellen-Fahrzeug einen urbanen Bereich innerhalb einer Uhrzeit befährt oder befahren wird, in der ein reduzierter Immissionsgrenzwert gilt, woraufhin durch Vorkonditionierung und Ansteuerung der Komponenten des Brennstoffzellen-Fahrzeugs und/oder des Brennstoffzellensystems sichergestellt wird, dass das Brennstoffzellen-Fahrzeug diesen Grenzwert nicht überschreitet.
  • In einer Ausführungsform erfolgt eine Aktivierung und/oder Deaktivierung des ersten und/oder des zweiten Betriebsmodus manuell und/oder automatisch mittels Geofencing und/oder mittels prädiktiver Routenplanung und/oder einer prädiktiven Steuerung eines Antriebsstrangs des Brennstoffzellen-Fahrzeugs.
  • In einer Ausführungsform sagt die prädiktive Routenplanung und/oder die prädiktive Steuerung des Antriebsstrangs vorher, dass das Brennstoffzellen-Fahrzeug einen urbanen Bereich passieren wird.
  • In einer Ausführungsform wird der erste Betriebsmodus aktiviert, wenn detektiert wird, dass das Brennstoffzellen-Fahrzeug sich in einem urbanen Bereich befindet.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Brennstoffzellen-Fahrzeug vorgeschlagen, aufweisend ein Brennstoffzellensystem, eine Traktionsbatterie und mindestens einen elektrischen Antriebsmotor, der aus dem Brennstoffzellensystem und/oder der Traktionsbatterie mit elektrischer Energie versorgt werden kann, wobei das Brennstoffzellen-Fahrzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche konfiguriert ist.
  • In einer Ausführungsform ist das Brennstoffzellen-Fahrzeug ein Nutzfahrzeug, ein Personenkraftwagen oder ein Bus.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigt:
    • 1 eine schematische Ansicht eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs.
  • Die einzige 1 ist eine schematische Ansicht eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs 1, insbesondere eines Brennstoffzellen-Nutzfahrzeugs.
  • Das Brennstoffzellen-Fahrzeug 1 weist ein Brennstoffzellensystem 2, ein akustisches Fahrzeug-Warnsystem 3 (AVAS - Acoustic Vehicle Alert System) zur Erzeugung akustischer Warnsignale beim Rangieren und Fahren mit niedrigen Geschwindigkeiten, eine Traktionsbatterie 4 und mindestens einen elektrischen Antriebsmotor 5 auf, der aus dem Brennstoffzellensystem 2 und/oder der Traktionsbatterie 4 mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Ferner weist das Brennstoffzellen-Fahrzeug 1 ein Kühlsystem 6 auf, das zum Kühlen des Brennstoffzellensystems 2 und gegebenenfalls weiterer Komponenten konfiguriert ist und mindestens einen Kühlerlüfter 7 aufweist.
  • Das Brennstoffzellen-Fahrzeug 1 weist mindestens zwei Betriebsmodi zum besonders geräuschreduzierten Betrieb auf.
  • In einem ersten Betriebsmodus werden das Brennstoffzellensystem 2 und das Brennstoffzellen-Fahrzeug 1 durch eine oder mehrere von in Abhängigkeit des aktuellen Fahrzeugzustands möglichen Maßnahmen besonders geräuscharm betrieben.
  • Diese Maßnahmen sind zum Beispiel:
    • - ausschließliche Nutzung der Traktionsbatterie 4, sofern deren Ladestand dies erlaubt,
    • - Begrenzung der Beschleunigung und/oder des verfügbaren Drehmoments des mindestens einen elektrischen Antriebsmotors 5, um Reifengeräusche zu verringern und Schlupf zu vermeiden,
    • - sequentielle statt gleichzeitige Ansteuerung der Kühlerlüfter 7, von Kompressoren und/oder anderen geräuschintensiven Aggregaten.
  • In einem zweiten Betriebsmodus können Komponenten des Brennstoffzellen-Fahrzeugs 1 und/oder des Brennstoffzellensystems 2 für eine bevorstehende Fahrt in einem urbanen Bereich über eine prädiktive Routenplanung vorkonditioniert werden. Dies kann beispielsweise durch mindestens eine der folgenden Maßnahmen erfolgen:
    • - Laden der Traktionsbatterie 4, um bei Einfahrt in einen urbanen Bereich ausreichend Restladung für die geplante Fahrt vorhalten zu können,
    • - präventive Ansteuerung der Kühlerlüfter 7 vor Erreichen des urbanen Bereichs, um eine Drehzahl der Kühlerlüfter 7 während der Fahrt durch den urbanen Bereich geringhalten und dennoch ausreichend Kühlleistung bereit stellen zu können,
    • - Miteinbeziehung von geplanter Ankunftszeit und/oder Lieferung von Gütern in urbanen Bereichen etc.
  • Bei der Einbeziehung von geplanten Ankunftszeiten und/oder geplanter Lieferung von Gütern im zweiten Betriebsmodus kann erkannt werden, ob das Brennstoffzellen-Fahrzeug 1 einen urbanen Bereich innerhalb einer Uhrzeit befährt (beispielsweise 22:00 - 06:00), in der ein reduzierter Immissionsgrenzwert gilt, woraufhin durch Vorkonditionierung und Ansteuerung der Komponenten des Brennstoffzellen-Fahrzeugs 1 und/oder des Brennstoffzellensystems 2 (beispielsweise Vorhalten eines bestimmten Ladestands (SOC) der Traktionsbatterie 4 und/oder Reduzierung der durch das Fahrzeug-Warnsystem 3 emittierten Geräusche auf ein gesetzlich zulässiges Minimum) sichergestellt werden kann, dass das Brennstoffzellen-Fahrzeug 1 diesen Grenzwert nicht überschreitet.
  • Die Aktivierung und/oder Deaktivierung der Betriebsmodi kann manuell durch den Fahrer und/oder automatisch mittels Geofencing und/oder mittels prädiktiver Routenplanung und/oder einer prädiktiven Steuerung des Antriebsstrangs erfolgen. Die Aktivierung/Deaktivierung mittels Geofencing umfasst auch die Detektion des Einfahrens bzw. Ausfahrens in einen oder aus einem urbanen Bereich mittels einer Sensorik. Zudem kann die prädiktive Routenplanung und/oder die prädiktive Steuerung des Antriebsstrangs vorhersagen, dass das Brennstoffzellen-Fahrzeug 1 einen urbanen Bereich passieren wird.
  • Wenn detektiert wird, dass das Brennstoffzellen-Fahrzeug 1 sich in einem urbanen Bereich befindet, kann der leise, erste Betriebsmodus sofort aktiviert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoffzellen-Fahrzeug
    2
    Brennstoffzellensystem
    3
    Fahrzeug-Warnsystem
    4
    Traktionsbatterie
    5
    Antriebsmotor
    6
    Kühlsystem
    7
    Kühlerlüfter

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs (1), aufweisend ein Brennstoffzellensystem (2), eine Traktionsbatterie (4) und mindestens einen elektrischen Antriebsmotor (5), der aus dem Brennstoffzellensystem (2) und/oder der Traktionsbatterie (4) mit elektrischer Energie versorgt werden kann, wobei in einem ersten Betriebsmodus das Brennstoffzellensystem (2) und das Brennstoffzellen-Fahrzeug (1) durch eine oder mehrere von in Abhängigkeit des aktuellen Fahrzeugzustands möglichen Maßnahmen besonders geräuscharm betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen umfassen: - sequentielle statt gleichzeitige Ansteuerung geräuschintensiver Aggregate, umfassend mindestens einen Kühlerlüfter (7) und/oder mindestens einen Kompressor.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen ferner umfassen: - ausschließliche Nutzung der Traktionsbatterie (4), sofern deren Ladestand dies erlaubt, - Begrenzung einer Beschleunigung und/oder eines verfügbaren Drehmoments des mindestens einen elektrischen Antriebsmotors (5), - Reduzierung der durch ein akustisches Fahrzeug-Warnsystem (3) zur Erzeugung akustischer Warnsignale beim Rangieren und Fahren mit niedrigen Geschwindigkeiten emittierten Geräusche auf ein vorgegebenes Minimum.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Betriebsmodus Komponenten des Brennstoffzellen-Fahrzeugs (1) und/oder des Brennstoffzellensystems (2) für eine bevorstehende Fahrt in einem urbanen Bereich vorkonditioniert werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkonditionierung mindestens eine der folgenden Maßnahmen umfasst: - Laden der Traktionsbatterie (4), - präventive Ansteuerung der Kühlerlüfter (7) vor Erreichen des urbanen Bereichs, um eine Drehzahl der Kühlerlüfter (7) während der Fahrt durch den urbanen Bereich geringhalten und dennoch ausreichend Kühlleistung bereit stellen zu können, - Berücksichtigung einer geplanten Ankunftszeit und/oder Lieferung von Gütern in einem urbanen Bereich.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berücksichtigung von geplanter Ankunftszeit und/oder Lieferung von Gütern im zweiten Betriebsmodus erkannt wird, ob das Brennstoffzellen-Fahrzeug (1) einen urbanen Bereich innerhalb einer Uhrzeit befährt, in der ein reduzierter Immissionsgrenzwert gilt, woraufhin durch Vorkonditionierung und Ansteuerung der Komponenten des Brennstoffzellen-Fahrzeugs (1) und/oder des Brennstoffzellensystems (2) sichergestellt wird, dass das Brennstoffzellen-Fahrzeug (1) diesen Grenzwert nicht überschreitet.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierung und/oder Deaktivierung des ersten und/oder des zweiten Betriebsmodus manuell und/oder automatisch mittels Geofencing und/oder mittels prädiktiver Routenplanung und/oder einer prädiktiven Steuerung eines Antriebsstrangs des Brennstoffzellen-Fahrzeugs (1) erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die prädiktive Routenplanung und/oder die prädiktive Steuerung des Antriebsstrangs vorhersagt, dass das Brennstoffzellen-Fahrzeug (1) einen urbanen Bereich passieren wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebsmodus aktiviert wird, wenn detektiert wird, dass das Brennstoffzellen-Fahrzeug (1) sich in einem urbanen Bereich befindet.
  9. Brennstoffzellen-Fahrzeug (1), aufweisend ein Brennstoffzellensystem (2), eine Traktionsbatterie (4) und mindestens einen elektrischen Antriebsmotor (5), der aus dem Brennstoffzellensystem (2) und/oder der Traktionsbatterie (4) mit elektrischer Energie versorgt werden kann, gekennzeichnet durch - ein akustisches Fahrzeug-Warnsystem (3) zur Erzeugung akustischer Warnsignale beim Rangieren und Fahren mit niedrigen Geschwindigkeiten, und - mehrere geräuschintensive Aggregate, umfassend mindestens einen Kühlerlüfter (7) und/oder mindestens einen Kompressor, wobei das Brennstoffzellen-Fahrzeug (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche konfiguriert ist.
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