UND BRENNSTOFFZELLEN-ELEKTROFAHRZEUG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Elektrofahr- zeugs sowie ein Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug, das mit einem solchen Verfahren betreibbar ist.

Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher sind in unterschiedlichen Ausführungsformen aus dem Stand der Technik bekannt.

Bekannte Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge sind dahingehend ausgelegt, diese nach Ausschalten des Elektromotors in einem Nachlaufbetrieb zu betreiben. Der Nachlaufbetrieb dient dazu, unverbrauchten Wasserstoff zu verbrauchen und/oder die Brennstoffzellentemperatur derart zu erhöhen, um in der Brennstoffzelle befindliches Wasser aus dem Brennstoffzellensystem zu entfernen.

Bei bekannten Brennstoffzellensystemen wird Wasserstoff auf einer Seite eingeleitet, auf der anderen Seite wird Luft komprimiert und „vor konditioniert“. Diese Luft enthält neben Sauerstoff für die angestrebte Reaktion, bei der elektrische Energie und Wasser entsteht, auch Wasser. Das bei der Reaktion entstandene Wasser wird abgeschieden, jedoch kann Wasser aus der den Sauerstoff zur Verfügung stellenden Luft im Brennstoffzellensystem verbleiben.

Insbesondere bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen wird hierdurch die Gefahr eines Gefrierens des Wassers und/oder eines Beschädigens der Brennstoffzelle im geparkten Zustand des Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs reduziert.

Die in den bekannten Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen vorgesehenen elektrischen Energiespeicher müssen eine IST-Ladereserve vorhalten, um in dieser die im Zuge des Nachlaufbetriebs des Brennstoffzellensystems erzeugte überschüssige elektrische Energie aufnehmen zu können, ohne dass der elektrische Energiespeicher, beispielsweise durch Überladung, beschädigt wird.

Bei bekannten Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen ist die IST-Ladereserve auf einen schlimmsten zu erwartenden Fall, einem Worst-Case-Szenario, ausgelegt, also für den Fall mindestens eines langen Nachlaufbetriebs oder mehrmaliger Nachlaufbetriebe. Ein solcher langer Nachlaufbetrieb kann beispielsweise bei einem nur kurz betriebenen Elektrofahrzeug und daher einem relativ kalten Brennstoffzellensystem bei gleichzeitig besonders niedrigen Umgebungstemperaturen zu erwarten sein, da solchenfalls das Brennstoffzellensystem länger betrieben werden muss, um die notwendige Brennstoffzellentemperatur zu erreichen.

Das Vorhalten einer für einen schlimmsten Fall ausgelegten IST-Ladereserve reduziert jedoch den maximalen Aufladezustand, der durch Aufladen des elektrischen Energiespeichers erreichbar ist, da die in dem elektrischen Energiespeicher verwendbare elektrische Nutzenergie sich aus dem maximalen Aufladezustand des elektrischen Energiespeichers mittels Aufladung und der vorzuhaltenden IST-Ladereserve zusammensetzt.

Im Normalbetrieb des Elektrofahrzeugs, also bei moderaten Umgebungstemperaturen, liegt die im Zuge des Nachlaufbetriebs erzeugte überschüssige Energie unterhalb der IST-Ladereserve des elektrischen Energiespeichers. Solchenfalls ist die zum Betrieb des Elektrofahrzeugs verwendbare elektrische Nutzenergie, die in dem elektrischen Energiespeicher gespeichert ist, unterhalb des maximal möglichen Werts, da die IST-Ladereserve nicht völlig ausgereizt ist.

Hierdurch ist die zum Betrieb des Elektrofahrzeugs verwendbare elektrische Nutzenergie reduziert und ein Aufladen des elektrischen Energiespeichers, beispielsweise durch das Brennstoffzellensystem oder durch ein externes Lademittel, wie Ladesäule, unterhalb des maximal möglichen Werts, was sich unzufriedenstellend auf die Reichweite und Fahrperformance des Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs sowie auf den Treibstoffverbrauch auswirken kann.

Eine Aufgabe eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist, ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs sowie eines Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs, das nach einem derartigen Verfahren betreibbar ist, zur Verfügung zu stellen, bei dem der elektrische Energiespeicher verbessert nutzbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen- Elektrofahrzeugs mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher, in dem zum Betrieb des Elektrofahrzeugs verwendbare elektrische Nutzenergie zwischen einen nicht zu unterschreitenden minimalen Ladezustand und einem nicht zu überschreitenden maximalen Ladezustand des elektrischen Energiespeichers speicherbar und wieder abgebbar ist und das Aufladen des elektrischen Energiespeichers auf einen maximalen Aufladezustand begrenzt ist, der um den Betrag einer vorzuhaltenden IST-Ladereserve unterhalb des maximalen Ladezustands liegt, mit mindestens einem Brennstoffzellensystem, welches einen Wasserstoff bevorratenden Flüssiggastank und welches mindestens eine Brennstoffzelle umfasst, in der elektrische Energie durch Verbrauch, insbesondere durch inverse Elektrolyse, von Wasserstoff erzeugbar und zumindest dem elektrische Energiespeicher zuführbar ist, wobei das Brennstoffzellensystem unmittelbar nach Beenden eines Energie-Erzeugung-Betriebs in einem Nachlaufbetrieb betrieben wird, bei welchem erzeugte überschüssige elektrische Energie in der IST-Ladereserve des elektrischen Energiespeichers gespeichert wird, und mit mindestens einer Steuereinheit, der ein Energiespeicher-Temperatursensor, ein Brennstoffzellen-Temperatursensor und ein Umgebungs-Temperatorsensor funktional zugeordnet ist, mit den Schritten: a. Erfassen einer IST-Brennstoffzellen-Temperatur der mindestens einen Brennstoffzelle durch den Brennstoffzellen-Temperatursensor und einer IST- Umgebungstemperatur durch den Umgebungs-Temperatursensor; b. Erfassen der Dauer des Nachlaufbetriebs und der im gesamten Nachlaufbetrieb erzeugten überschüssigen elektrischen Energie durch die Steuereinheit zumindest auf Grundlage der erfassten IST-Brennstoffzellen-Temperatur und der erfassten IST-Umgebungstemperatur; c. Ermitteln einer SOLL-Ladereserve des elektrischen Energiespeichers zum Speichern der erfassten überschüssigen elektrischen Energie durch die Steuereinheit und i. Verringern der IST-Ladereserve, wenn die berechnete SOLL- Ladereserve kleiner ist als die aktuelle IST-Ladereserve und ii. Erweitern der IST-Ladereserve, wenn die berechnete SOLL- Ladereserve größer ist als die aktuelle IST-Ladereserve.

Dadurch, dass eine SOLL-Ladereserve des elektrischen Energiespeichers zum Speichern der erfassten überschüssigen elektrischen Energie ermittelt wird, kann die IST-Ladereserve optimiert ausgelegt werden. Solchenfalls kann die IST-Ladereserve sehr gering ausgelegt werden, wenn die IST-Brennstoffzellen-Temperatur aufgrund eines längeren Betriebs des Elektrofahrzeugs eine ausreichend hohe Temperatur sowie die Umgebungs-Temperatur sich in einem Normalbereich befindet und in einem sehr kurzen Nachlaufbetrieb betrieben werden kann.

Solchenfalls ist bei einem kurzen Nachlaufbetrieb die erzeugte überschüssige elektrische Energie, die in der IST- Ladereserve zu speichern ist, deutlich geringer als eine für den schlimmsten Fall auszulegende IST-Ladereserve des elektrischen Energiespeichers. Ein derartiger schlimmster Fall ist beispielsweise dahingehend ausgelegt, dass das Brenn- stoffzellen-Elektrofahrzeug mindestens einmal nur kurz und bei besonders niedrigen Umgebungstemperaturen betrieben wird. Solchenfalls ist aufgrund des nur sehr kurzen Betriebs des Brennstoffzellensystems die IST-Brennstoffzellen-Temperatur besonders gering. Im Zusammenspiel mit den besonders geringen Umgebungstemperaturen ist solchenfalls im Worst-Case-Szenario mit einem besonders langem Nachlaufbetrieb zu rechnen und hierdurch bedingt mit einer sehr hohen zu erwartenden überschüssigen elektrischen Energie, die in der IST-Ladereserve des elektrischen Energiespeichers zu speichern ist.

Unter der der IST-Ladereserve und der SOLL- Ladereserve ist ein eine kapazitive Reserve des elektrischen Speichers zu verstehen, der einer Aufnahme bzw. Speicherung von elektrischer Energie zur Verfügung steht. Diese ist Teil der Speicherkapazität des elektrischen Speichers.

Durch das Erfassen der IST-Brennstoffzellen-Temperatur und der erfassten IST- Umgebungstemperatur, kann die SOLL-Ladereserve verbessert an die zu erwartende überschüssige elektrische Energie angepasst werden.

Die zu erwartende überschüssige elektrische Energie umfasst den Teil der im Nachlauf durch das Brennstoffzellensystem erzeugten elektrischen Energie, die durch keinen Verbraucher verbraucht wird. Beispielsweise kann ein Teil der im Nachlauf erzeugten elektrischen Energie durch eine Sitzheizung, ein Radio, ein Konsolenmodul oder ähnlichen verbraucht werden.

Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die Schritte a. bis c. zumindest beim Betrieb des Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs regelmäßig durchgeführt werden, insbesondere in regelmäßigen Zeitabständen, an sich verändernde Parameter anpassbar. Die vorzuhaltende IST-Ladereserve des elektrischen Energiespeichers kann solchenfalls besonders gering sein, wenn die erfassten IST-Brennstoffzellen-Temperaturen und die erfassten IST-Umgebungstemperaturen ausreichend hoch sind, um einen kurzen Nachlaufbetrieb auszulösen, beispielsweise nach einem längeren Betrieb des Brennstoffzellen- Elektrofahrzeugs mit einer kurzen Parkdauer und einer erneuten Inbetriebnahme des Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs.

Darüber hinaus wird auch durch das erfindungsgemäße Verfahren automatisch ein Worst- Case-Szenario erfasst, beispielsweise, wenn eine lange Zeit geparktes Brennstoffzellen- Elektrofahrzeug nur kurz in Betrieb genommen wird, beispielsweise zum Umparken und aufgrund von besonders niedrigen IST-Brennstoffzellen-Temperaturen und besonders niedrigen Umgebungs-Temperaturen ein besonders langer Nachlaufbetrieb notwendig ist.

Der Nachlaufbetrieb dient dazu, Restwasserstoff in der Brennstoffzelle zu verbrauchen, beispielsweise durch inverse Elektrolyse, und/oder eine ausreichend hohe IST-Brenn- stoffzellen-Temperatur herzustellen, um ein Gefrieren von Wasser im Brennstoffzellensystem und hierdurch bedingtes Beschädigen der Brennstoffzelle zu vermeiden.

Unter einem „Verbrauchen“ von Wasserstoff in der Brennstoffzelle wird eine Umkehr der Elektrolyse-Reaktion verstanden.

Die erfasste überschüssige elektrische Energie kann die gesamte durch das Brennstoffzellensystem erzeugte elektrische Energie umfassen. Ferner können Teile der erzeugten elektrischen Energie Verbrauchern zu geführt werden, beispielsweise elektrische Verbraucher im Elektrofahrzeug, wie Navigationsgeräte, Musikanlagen, Sitzheizung, elektrischen Zusatzheizer für den thermalen Komfort des Innenraums und dergleichen, die auch bei ausgeschaltetem Elektromotor weiter betrieben werden. Solchenfalls umfasst die überschüssige elektrische Energie die Differenz aus erzeugter elektrischer Energie und durch Verbraucher verbrauchte elektrische Energie.

Bei dem elektrischen Energiespeicher kann es sich um eine Batterie oder einen Superkondensator handeln.

Bei einer Weiterbildung des Verfahrens erweist es sich als vorteilhaft, wenn durch die Steuereinheit ein IST-Ladzustand des elektrischen Energiespeichers und eine IST- Energiespeicher-Temperatur durch den Energiespeicher-Temperatursensor erfasst wird und/oder wenn das Anpassen der IST-Ladereserve des elektrischen Energiespeichers an die SOLL-Ladereserve des elektrischen Energiespeichers zusätzlich auf Grundlage des IST-Ladzustands des elektrischen Energiespeichers und der IST-Energiespeicher- Temperatur erfolgt. das Anpassen der IST-Ladereserve des elektrischen Energiespeichers an die SOLL- Ladereserve des elektrischen Energiespeichers Verringern oder Erweitern der IST- Ladereserve umfassen.

Wenn durch die Steuereinheit der IST- Ladezustand des elektrischen Energiespeichers und eine IST-Energiespeicher-Temperatur erfasst wird, kann die vorzuhaltende IST- Ladereserve weiter optimiert werden. Darüber hinaus ist solchenfalls die Gefahr einer Beschädigung des elektrischen Energiespeichers reduziert.

Die innerhalb eines elektrischen Energiespeichers speicherbare elektrische Energie hängt unter anderem von der IST-Energiespeicher-Temperatur ab. So ist in einem warmen elektrischen Energiespeicher mehr elektrische Energie speicherbar als in einem kalten elektrischen Energiespeicher. Wenn durch die Steuereinheit eine geringe IST-Energiespeicher- Temperatur erfasst wird, ist solchenfalls die IST-Ladereserve des elektrischen Energiespeichers anzupassen.

Der elektrische Energiespeicher kann ein der Steuereinheit zugeordnetes oder zuordenbares Energiespeicher-Managementsystem umfassen, durch das der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers und die IST-Energiespeicher-Temperatur an die Steuereinheit weiterleitbar ist.

Bei einer Weiterbildung letztgenannter Ausführungsform erweist es sich als vorteilhaft, wenn der elektrische Energiespeicher bei Erfassen eines Überschreitens oder Unterschreitens der erfassten IST-Energiespeicher-Temperatur eines SOLL-Temperatur- Bereichs durch mindestens eine Wärmeinheit des Elektrofahrzeugs zum Wärmen oder Kühlen des elektrischen Energiespeichers gekühlt bzw. gewärmt wird.

Dadurch, dass der elektrische Energiespeicher beim Erfassen eines Unterschreitens einer SOLL-Temperatur durch die Wärmeeinheit erwärmt wird und dadurch, dass der elektrische Energiespeicher bei Erfassen einer IST-Energiespeicher-Temperatur, die oberhalb eines SOLL-Temperatur-Bereichs angeordnet ist, gekühlt wird, kann der elektrische Energiespeicher in einem bestimmten Temperaturbereich gehalten werden. Hierdurch ist die in dem elektrischen Energiespeicher speicherbare Menge an elektrischer Energie auf einem konstanten Wert oder innerhalb eines Wertebereichs gehalten. Die durch den elektrischen Energiespeicher aufnehmbare Menge an elektrischer Energie ist solchenfalls effizient und optimal auslegbar.

Das Verfahren lässt sich weiter verbessern, wenn das Erweitern der IST-Ladereserve des elektrischen Energiespeichers ein a. Begrenzen eines Aufladens des elektrischen Energiespeichers auf einen maximalen Aufladezustand umfasst, der um den Betrag der ermittelten SOLL-Ladereserve unterhalb des maximalen Ladezustands des elektrischen Energiespeichers liegt, wenn der IST- Ladezustand des elektrischen Energiespeichers unterhalb des maximalen Aufladezustands des elektrischen Energiespeichers ist; und/oder b. Entladen des elektrischen Energiespeichers, insbesondere durch Betreiben der Wärmeeinheit, bis zu einem IST-Ladezustand des elektrischen Energiespeichers, der unterhalb des maximalen Aufladezustands des elektrischen Energiespeichers liegt, der um den Betrag der ermittelten SOLL- Ladereserve unterhalb des maximalen Ladezustands liegt, wenn der IST- Ladezustand des elektrischen Energiespeichers oberhalb des maximalen Aufladezustands des elektrischen Energiespeichers ist und wenn das Elektrofahrzeug außer Betrieb und das Brennstoffzellensystem im Nachlaufbetrieb ist.

Wenn der IST-Ladezustand des elektrischen Energiespeichers unterhalb des maximalen Aufladezustands des elektrischen Energiespeichers ist, muss die IST-Ladereserve nicht aktiv erweitert werden, sondern es reicht aus, wenn der sich in der Aufladung befindliche elektrische Energiespeicher bezüglich seines maximalen Aufladezustands angepasst wird. Ab Erreichen des maximalen Aufladezustands ist der elektrische Energiespeicher für weitere Aufladung seitens des Brennstoffzellensystems oder einer externen Energiequelle gesperrt.

Wenn jedoch erfasst wird, dass der aktuelle IST-Ladezustand des elektrischen Energiespeichers oberhalb des maximalen Aufladezustands des elektrischen Energiespeichers ist, muss die elektrische Energiespeicher teilweise entladen werden, damit die teilweise belegte IST-Ladereserve der ermittelten freien SOLL-Ladereserve entspricht. Wenn das Elektrofahrzeug gleichzeitig außer Betrieb ist und das Brennstoffzellensystem im Nachlaufbetrieb ist, ist die nun zu erwartende zusätzliche ungenutzte elektrische Energie höher, als die vorhandene IST-Ladereserve aufnehmen kann. Dieses kann zu einer Beschädigung des elektrischen Energiespeichers führen. Solchenfalls erweist es sich als vorteilhaft, wenn der elektrische Energiespeicher maximal bis zu einem maximalen Aufladezustand entladen wird, bei dem die IST-Ladereserve der ermittelten SOLL- Ladereserve entspricht.

Eine Situation, bei der der IST-Ladezustand des elektrischen Energiespeichers oberhalb des maximalen Aufladezustands des elektrischen Energiespeichers ist, kann beispielsweise dann gegeben sein, wenn das Elektrofahrzeug unmittelbar nach Beenden eines Nachlaufbetriebs erneut gestartet und kurzzeitig bewegt wird. Solchenfalls ist der elektrische Energiespeicher maximal geladen und ein Nachlaufbetrieb beginnt bei Abstellen des Elektrofahrzeugs erneut. Jedoch ist solchenfalls der IST-Ladezustand des elektrischen Energiespeichers derart hoch, dass der elektrische Energiespeicher fast keine IST-Ladereserve mehr umfasst, insbesondere jedoch nicht die nun durch den erneuten Nachlaufbetrieb entstehende überschüssige Energie aufnehmen kann.

Ein Entladen des elektrischen Energiespeichers bei außer Betrieb befindlichem Elektrofahrzeug lässt sich einfach bewerkstelligen, wenn das Betreiben der Wärmeeinheit zum Entladen des elektrischen Energiespeichers ein gleichzeitiges oder abwechselndes Heizen und Kühlen des elektrischen Energiespeichers umfasst.

Solchenfalls kann der elektrische Energiespeicher durch die Wärmeeinheit geheizt werden oder gekühlt werden, um ausreichend elektrische Energie zu verbrauchen, bis der elektrische Energiespeicher wieder eine IST-Ladereserve umfasst, die der SOLL-Lade- reserve entspricht. Um den elektrischen Energiespeicher innerhalb des Temperaturbereichs zu halten, kann zum schnelleren Entladen des elektrischen Energiespeichers gleichzeitig geheizt und gekühlt werden.

Es sind Ausführungsformen des Verfahrens denkbar, bei denen das Erfassen der Dauer des Nachlaufbetriebs und der im gesamten Nachlaufbetrieb erzeugten überschüssigen elektrischen Energie durch die Steuereinheit zumindest auf Grundlage der erfassten IST- Brennstoffzellen-Temperatur und der erfassten IST-Umgebungstemperatur einen Zugriff auf eine und einen Abgleich mit einer Datentabelle, in der zumindest jeder Paarung aus IST-Brennstoffzellen-Temperatur und IST-Umgebungstemperatur eine Dauer des Nachlaufbetriebs und der gesamten im Nachlaufbetrieb erzeugten überschüssigen elektrischen Energie zugeordnet ist oder eine durch eine oder mehrere Formeln hinterlegte Berechnung der Dauer des Nachlaufbetriebs und der gesamten im Nachlaufbetrieb erzeugten überschüssigen Energie mit der erfassten IST-Brennstoffzellen-Temperatur und der erfassten IST-Umgebungstemperatur als Berechnungsparameter umfasst.

Wenn das Erfassen der Dauer des Nachlaufbetriebs und der im gesamten Nachlaufbetrieb erzeugten überschüssigen elektrischen Energie durch die Steuereinheit zumindest auf Grundlage der erfassten IST-Brennstoffzellen-Temperatur und IST-Umgebungs- temperatur, eine Dauer des Nachlaufbetriebs und der gesamten im Nachlaufbetrieb erzeugten überschüssigen Energie zugeordnet ist, ist ein schnelles und energieeffizientes Erfassen der Dauer des Nachlaufbetriebs sowie der erzeugten überschüssigen elektrischen Energie gegeben.

Wenn zum Erfassen der Dauer des Nachlaufbetriebs und der im Nachlaufbetrieb erzeugten überschüssigen Energie durch eine oder mehrere Formeln hinterlegte Berechnung der Dauer des Nachlaufbetriebs und der gesamten im Nachlaufbetrieb überschüssigen Energie umfasst, ist das Verfahren unabhängig von einer vollständigen und genauen hinterlegten Datentabelle.

Das Erfassen der Dauer des Nachlaufbetriebs und der im gesamten Nachlaufbetrieb erzeugten überschüssigen elektrischen Energie, kann also einen Zugriff und einen Abgleich mit einer Datentabelle oder eine Berechnung umfassen.

Darüber hinaus sind Ausführungsbeispiele des Verfahrens denkbar, bei denen das Ermitteln der SOLL- Ladereserve des elektrischen Energiespeichers zum Speichern der erfassten überschüssigen elektrischen Energie durch die Steuereinheit einen Zugriff auf eine und einen Abgleich mit einer Datentabelle, in der zumindest jeder IST-Energiespeicher- Temperatur eine SOLL-Ladereserve zugeordnet ist oder eine durch eine oder mehrere Formeln hinterlegte Berechnung der SOLL-Ladereserve, die die IST-Energiespeicher- Temperatur als Berechnungsparameter umfasst.

Wenn das Ermitteln der SOLL-Ladereserve des elektrischen Energiespeichers zum Speichern der erfassten überschüssigen elektrischen Energie durch die Steuereinheit einen Zugriff auf eine und einen Abgleich mit einer Datentabelle umfasst, kann schnell und energieeffizient die SOLL-Ladereserve ermittelt werden. Wenn das Ermitteln der SOLL- Ladereserve des elektrischen Energiespeichers zum Speichern der erfassten überschüssigen elektrischen Energie durch die Steuereinheit eine durch eine oder mehrere Formeln hinterlegte Berechnung umfasst, ist das Ermitteln der SOLL-Ladereserve unabhängig von einer Vollständigkeit und Genauigkeit eines Datenwerks einer Datentabelle.

Das Ermitteln der SOLL-Ladereserve des elektrischen Energiespeichers kann solchenfalls also einen Zugriff und einen Abgleich mit einer Datentabelle oder eine Berechnung umfassen.

Darüber hinaus sind auch Mischformen denkbar, bei denen sowohl ein Zugriff als auch ein Abgleich mit einer Datentabelle sowie eine Berechnung erfolgt sowie ein lernendes System, bei dem mit einer mehr oder minder vollständigen Datentabelle ein Berechnen erfolgt und die Ergebnisse der Berechnung in der Datentabelle hinterlegt werden.

Dieses gilt sowohl für das Ermitteln der SOLL-Ladereserve als auch für das Erfassen der Dauer des Nachlaufbetriebs und der im gesamten Nachlaufbetrieb erzeugten überschüssigen elektrischen Energie.

Das Verfahren lässt sich energieeffizient ausgestalten, wenn der Nachlaufbetrieb automatisch bei Erreichen oder Überschreiten einer in der Steuereinheit hinterlegten SOLL- Brennstoffzellen-Temperatur und SOLL-Außentemperatur beendet wird.

Die SOLL-Brennstoffzellen-Temperatur und SOLL-Außentemperatur umfassen dabei Werte, durch die gewährleistet ist, dass in der Brennstoffzelle befindliches Wasser aufgrund der Temperatur der SOLL-Brennstoffzellen-Temperatur ausreichend verdampft wird, um ein Einfrieren und hierdurch eine Beschädigung der Brennstoffzelle zu vermeiden.

Darüber hinaus sind Ausführungsformen des Verfahrens denkbar, bei denen die Schritte a., b. und c. des Anspruchs 1 permanent oder in zeitlichen Abständen periodisch während des Energie-Erzeugung-Betriebs des Elektrofahrzeugs, während des Nachlaufbetrieb des Brennstoffzellensystems und/oder in einer Parkphase des Elektrofahrzeugs, in der der Nachlaufbetrieb beendet und das Elektrofahrzeug außer Betrieb ist, ausgeführt werden.

Wenn die Schritte a., b. und c. des Anspruchs 1 permanent ausgeführt werden, ist eine stete Aktualität und ein optimales Anpassen der IST- Ladereserve gewährleistbar. Wenn die Schritte a., b. und c. des Anspruchs 1 in zeitlichen Abständen ausgeführt werden, lässt sich der Energieverbrauch des Verfahrens reduzieren. Ein Ausführen der genannten Schritte in zeitlichen Abständen ist insbesondere dann vertretbar, wenn beispielsweise beim Energie-Erzeugung-Betrieb des Elektrofahrzeugs eine bestimmte IST-Temperatur des Brennstoffzellensystems erreicht ist und sich die IST-Umgebungstemperatur im Wesentlichen konstant verhält. Solchenfalls ist nicht zu erwarten, dass zwischen dem Erfassen zu einem Zeitpunkt und einem nachgelagerten, weiteren Zeitpunkt eine große Veränderung stattfindet.

Das Gleiche gilt, wenn das Elektrofahrzeug sich für längere Zeit in einer Parkphase befindet und die IST-Brennstoffzellentemperatur und die IST-Umgebungstemperatur nahezu unverändert sind.

Bei einer Weiterbildung letztgenannter Ausführungsform erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Steuereinheit in der Parkphase des Elektrofahrzeugs einmalig oder wiederholt für eine vorgegebene Zeitspanne in einen Ruhemodus versetzt und nach Ablauf der Zeitspanne ein einem Arbeitsmodus versetzt wird, wobei im Arbeitsmodus zumindest die Schritte die Schritte a., b. und c. des Anspruchs 1 ausgeführt werden und wobei die Steuereinheit im Ruhemodus überwachsungsfrei ruht.

Durch das Versetzen der Steuereinheit in einen Ruhemodus kann ein Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs reduziert werden.

Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn in der Parkphase des Elektrofahrzeugs und bei Erfassen eines Absinkens der IST-Brennstoffzellen-Temperatur unter eine Park- Brennstoffzellen-Temperatur sinkt die SOLL-Ladereserve des elektrischen Energiespeichers auf einen Maximalwert der Ladereserve gesetzt wird.

Wenn aufgrund des Absinkens der IST-Brennstoffzellen-Temperatur unter eine Park- Brennstoffzellen-Temperatur sinkt, kann der elektrische Energiespeicher derart entladen werden, dass die IST-Ladereserve ein Worst-Case-Szenario umfasst, also die SOLL- Ladereserve des elektrischen Energiespeichers auf einen Maximalwert der Ladereserve gesetzt wird und die IST-Ladereserve hieran angepasst wird. Hiernach kann die Steuereinheit bis zum erneuten Betreiben des Elektrofahrzeugs in einen Schlafmodus versetzt werden.

In Weiterbildung letztgenannter Ausführungsform erweist es sich als vorteilhaft, wenn nach Angleichen der IST- Ladereserve an die den Maximalwert umfassende SOLL- Ladereserve ein Überwachen der IST-Brennstoffzellen-Temperatur bis zum erneuten Starten des Elektrofahrzeugs pausiert ist.

Hierdurch lässt sich das Verfahren energieeffizient ausgestalten.

Das Verfahren kann für unterschiedliche Arten für Elektrofahrzeuge geeignet sein. Es sind Ausführungsformen denkbar, bei denen der elektrische Energiespeicher des Brennstoff- zellen-Elektrofahrzeugs durch das Brennstoffzellensystem und ggf. durch eine externe Energiequelle, wie Ladesäule, bis zum maximalen Aufladezustand aufladbar ist.

Solchenfalls kann das Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug Strom einer externen Energiequelle beziehen, um den elektrischen Energiespeicher zu beladen. Hierdurch ist der Treibstoffbedarf des Kraftfahrzeugs reduzierbar.

Darüber hinaus wird die Aufgabe gelöst durch ein Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug, das durch ein Verfahren mit mindestens einer der zuvor genannten Merkmale betreibbar ist, mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher, in dem zum Betrieb des Elektrofahrzeugs verwendbare elektrische Nutzenergie zwischen einen nicht zu unterschreitenden minimalen Ladezustand und einem nicht zu überschreitenden maximalen Ladezustand des elektrischen Energiespeichers speicherbar und wieder abgebbar ist und das Aufladen des elektrischen Energiespeichers auf einen maximalen Aufladezustand begrenzt ist, der um den Betrag einer vorzuhaltenden IST-Ladereserve unterhalb des maximalen Ladezustands liegt, mit mindestens einem Brennstoffzellensystem, welches einen Wasserstoff bevorratenden Flüssiggastank und welches mindestens eine Brennstoffzelle umfasst, in der elektrische Energie durch Verbrauch, insbesondere durch inverse Elektrolyse, von Wasserstoff erzeugbar ist, wobei das Brennstoffzellensystem unmittelbar nach Beenden eines Energie-Erzeugung-Betriebs in einem Nachlaufbetrieb betrieben wird, bei welchem erzeugte überschüssige elektrische Energie in der IST-Ladereserve des elektrischen Energiespeichers gespeichert wird, und mit mindestens einer Steuereinheit, der ein Energiespeicher-Temperatursensor, ein Brennstoffzellen-Temperatursensor und ein Umgebungs-Temperatorsensor funktional zugeordnet ist.

Schließlich erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug mindestens ein Anschlussmittel umfasst, durch das der elektrische Energiespeicher mit einer externen elektrischen Energiequelle verbindbar ist, insbesondere erweist es sich als vor- teilhaft, wenn das Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug einen Plug-in-Brennstoffzellen-Elek- trofahrzeug umfasst und/oder wenn der elektrische Energiespeicher eine Batterie, eine Hochvoltbatterie oder einen Superkondensator umfasst.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen, aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs und des Verfahrens.

In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 Eine schematische Darstellung der einzelnen Komponenten des Elektro- Fahrzeugs in einem Nachlaufbetrieb;

Figur 2 Eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichers mit IST- Ladereserve für ein Worst-Case-Szenario;

Figur 3 Eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichers mit einer IST- Ladereserve unter Normalbedingungen;

Figur 4 Ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;

Figur 5 Eine Zustandsübersicht einzelner Komponenten des Elektrofahrzeugs zu unterschiedlichen Parameterwerten.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs 2. Bei dem in Figur 1 ersichtlichen schematischen Übersichtsdiagramm umfasst das Brenn- stoffzellen-Elektrofahrzeug 2 ein so genanntes Plug-in-Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug 2. Dieses umfasst einen elektrischen Energiespeicher 4, in dem zum Betrieb des Elektrofahrzeugs 2 verwendbare elektrische Nutzenergie 6 (siehe Figur 2 und Figur 3) zwischen einem nicht zu unterschreitenden minimalen Ladezustand 8 und einem nicht zu überschreitenden maximalen Ladezustand 10 des elektrischen Energiespeichers 4 speicherbar ist. Durch das Vorsehen eines nicht zu unterschreitenden minimalen Ladezustands 8 wird ein vollständiges Entleeren des elektrischen Energiespeichers 4 vermieden, wodurch die Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers 4 erhöht ist. Durch das Vorsehen eines nicht zu überschreitenden maximalen Ladezustands 10 des elektrischen Energiespeicher 4, wird einem Überbeladen des elektrischen Energiespeichers 4 vorgebeugt. Der in dem elektrischen Energiespeicher 4 durch Aufladen des elektrischen Energiespeichers 4 maximale Aufladezustand 12 ist begrenzt durch das Vorsehen einer IST- Ladereserve 14. Die maximal zum Betrieb des Elektrofahrzeugs 2 verwendbare elektrische Nutzenergie 6 setzt sich zusammen aus der Summe des maximalen Aufladezustands 12 und der IST- Ladereserve 14, wenn die IST-Ladereserve 14 mit Energie belegt ist.

Der elektrische Energiespeicher 4 gemäß Figur 1 ist grundsätzlich durch eine externe Energiequelle 16 beladbar. Figur 1 zeigt das Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug 2 in einem Nachlaufbetrieb eines Brennstoffzellensystems 18. Das Brennstoffzellensystem 18 umfasst einen Flüssiggastank 20, in dem Wasserstoff bevorratbar ist. Der Flüssiggastank 20 ist mit mindestens einer Brennstoffzelle 22 verbunden, wobei in der Brennstoffzelle 22 Wasserstoff des Flüssiggastanks 20 verbrannt und in elektrische Energie umgewandelt wird. Durch die Brennstoffzelle 22 ist der elektrische Energiespeicher 4 mit elektrischer Energie versorgbar. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zwischen Brennstoffzelle 22 und elektrischem Energiespeicher 4 ein Stromwandler 24 angeordnet, durch den Strom der Brennstoffzelle 22 zum einen dem elektrischen Energiespeicher 4 und zum anderen einem Verbraucher 26 des Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs 2 zuführbar ist.

Durch den elektrischen Energiespeicher 4 ist ein elektrischer Motor 28 mit elektrischer Energie versorgbar sowie eine Wärmeeinheit 30, durch die der Elektrische Energiespeicher wärmbar und/oder kühlbar ist.

Figur 1 zeigt das Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug 2 in einem Nachlaufbetrieb, also nach Beenden eines Energie-Erzeugung-Betriebs. Im Nachlaufbetrieb wird die Brennstoffzelle 22 weiter betrieben und erwärmt, um zum einen Rest des unverbrauchten Wasserstoffs zu verbrauchen und durch das Gewährleisten einer ausreichend hohen IST- Brennstoffzellen-Temperatur ein Ausleiten von Wasser aus der Brennstoffzelle 22 zu gewährleisten, um Vereisung und mögliche Beschädigungen zu vermeiden.

Anhand des schematischen Ablaufdiagramms gemäß Figur 4 wird unter Rückgriff auf die schematische Darstellung in Figur 1 sowie die unterschiedlichen Ladezustände gemäß Figuren 2 und 3 das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben.

In einem ersten Schritt 100 wird durch eine Steuereinheit 32 eine IST-Brennstoffzellen- Temperatur der mindestens einen Brennstoffzelle 22 durch einen Brennstoffzellen-Tem- peratursensor der Steuereinheit 32 und eine IST-Umgebungstemperatur durch einen Umgebungs-Temperatursensor der Steuereinheit 32 erfasst. In einem hieran anschließenden Schritt 101 wird die Dauer des Nachlaufbetriebs und der im gesamten Nachlaufbetrieb erzeugten überschüssigen elektrischen Energie durch die Steuereinheit 32 erfasst. Dieses erfolgt zumindest auf Grundlage der erfassten IST-Brennstoffzellen-Temperatur und der erfassten IST-Umgebungstemperatur.

Das Erfassen der Dauer des Nachlaufbetriebs und der im gesamten Nachlaufbetrieb erzeugen überschüssigen elektrischen Energie, kann durch Zugriff und Abgleich mit einer Datentabelle erfolgen, in der jeder Paarung aus IST-Brennstoffzellen-Temperatur und IST-Umgebungstemperatur, eine Dauer des Nachlaufbetriebs sowie der gesamten im Nachlaufbetrieb erzeugten überschüssigen elektrischen Energie zugeordnet ist. Ergänzend oder alternativ hierzu kann jedoch auch das Erfassen der Dauer des Nachlaufbetriebs und der im gesamten Nachlaufbetrieb erzeugten überschüssigen elektrischen Energie, durch eine Berechnung erfolgen, bei der die IST-Brennstoffzellen-Temperatur und die IST-Umgebungstemperatur Berechnungsparameter darstellen.

In einem hieran anschließenden Schritt 102 erfolgt ein Ermitteln der SOLL-Ladereserve des elektrischen Energiespeicher 4 zum Speichern der überschüssigen elektrischen Energie durch die Steuereinheit 32. Das Ermitteln einer SOLL-Ladereserve des elektrischen Energiespeicher 4 zum Speichern der erfassten überschüssigen elektrischen Energie kann ebenfalls einen Abgleich und einen Zugriff auf eine Datenbank umfassen, in der zumindest jeder IST-Energiespeicher-Temperatur eine SOLL-Ladereserve zugeordnet ist und/oder ein Berechnen derselben umfassen.

Hierzu kann bei einer Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen sein, dass zum Ermitteln der SOLL-Ladereserve zusätzlich durch die Steuereinheit 32 ein IST- Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 4 und der IST- Energiespeicher-Temperatur des elektrischen Energiespeichers 4 erfolgt.

Anhand der nun ermittelten SOLL-Ladereserve des elektrischen Energiespeichers 4 kann ein Verringern der IST- Ladereserve 14 in einem Schritt 103a erfolgen, wenn die berechnete SOLL-Ladereserve kleiner ist als die aktuelle IST-Ladereserve 14. Solchenfalls stellt sich eine IST-Ladereserve 14 gemäß Figur 3 dar. Wenn jedoch die berechnete SOLL- Ladereserve größer ist als die aktuelle IST-Ladereserve 14, erfolgt in einem Schritt 103b ein Erweitern der IST-Ladereserve 14. Das Erweitern der I ST- Ladereserve 14 gemäß Schritt 103b, kann entweder in einem Schritt 104a dadurch erfolgen, dass der dem elektrischen Energiespeicher 4 zur Verfügung stehende maximale Aufladezustand 12 beim Aufladen des elektrischen Energiespeichers 4 auf ein Niveau um die SOLL- Ladereserve unterhalb des maximalen Ladezustands 10 angeordnet wird. Dies ist dann der Fall, wenn der IST- Ladezustand des elektrischen Energiespeichers unterhalb des maximalen Aufladezustands 12 des elektrischen Energiespeichers 4 angeordnet ist.

Hierdurch sind keine aktiven Schritte notwendig, sondern der elektrische Energiespeicher 4 kann lediglich zum Hinterlegen eines neuen, maximalen Ladezustands 10 des elektrischen Energiespeichers 4 durch Aufladung die neue IST- Ladereserve 14 vorhalten.

Wenn jedoch der IST-Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 4 oberhalb des maximalen Aufladezustands 12 des elektrischen Energiespeichers 4 angeordnet ist und wenn das Elektrofahrzeug 2 außer Betrieb und das Brennstoffzellensystem 18 im Nachlaufbetrieb ist, wird in einem Schritt 104b der elektrische Energiespeicher 4 aktiv entladen, insbesondere durch Betreiben der Wärmeeinheit 30, bis zu einem IST-Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 4, der unterhalb des maximalen Aufladezustands 12 des elektrischen Energiespeichers 4 liegt und der um den Betrag der ermittelten SOLL- Ladereserve unterhalb des maximalen Ladezustands 10 liegt.

Nach Beendigung der Schritte 103a, 104a und 104b wird das Verfahren erneut ab Schritt 100 durchlaufen.

Figur 5 zeigt die unterschiedlichen Komponenten des Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugs 2 bei unterschiedlichen Temperaturen und Betriebszuständen der Komponenten. Unter T _am b ist die Umgebungstemperatur angegeben. Hierunter ist die IST-Brennstoffzellen- Temperatur aufgetragen.

Unter SoC ist die IST- Ladereserve 14 der Elektrische Energiespeicher 4 angegeben.

Unter PwT _s tate ist ein Betriebszustand der Steuereinheit 32 angegeben. Bis Erreichen des Punkt 1 wird das Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug 2 in einem Energie-Erzeugung-Betriebs betrieben. Die IST- Ladereserve 14 ist hierbei minimal. Die Umgebungstemperatur sowie die Brennstoffzellen-Temperatur sind ebenfalls auf einem Wert, der oberhalb einer notwendigen Temperatur angeordnet ist. Zwischen 1 und 2 findet ein Nachlaufbetrieb des Brennstoffzellensystems 18 statt. Zwischen 2 und 3 wird die Steuereinheit 32 in einen Ruhemodus überführt und zwischen Punkt 3 und 4 wieder aktiviert. Zwischen Punkt 3 und 4 ist die IST-Brennstoffzellen- Temperatur sowie die IST-Umgebungstemperatur noch ausreichend hoch, so dass nur eine geringere Erweiterung der IST-Ladereserve 14 erfolgen muss. Nach einer erneuten Überführung der Steuereinheit 32 in den Ruhemodus zwischen Punkt 4 und Punkt 5, wird zwischen Punkt 5 und Punkt 6 die Steuereinheit 32 erneut in Betrieb genommen. Diese erfasst, dass sowohl die IST-Brennstoffzellen-Temperatur sowie die IST-Umgebungs- temperatur unter ein Niveau gesunken sind, die auf einen verlängerten Nachlaufbetrieb schließen lassen. Solchenfalls geht die Steuereinheit 32 von einem Worst-Case-Szenario aus und entlädt den elektrischen Energiespeicher 4 auf einen IST-Ladezustand, in dem eine maximal mögliche IST-Ladereserve 14 vorgehalten ist.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung, können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination bei der Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug elektrischer Energiespeicher elektrische Nutzenergie minimaler Ladezustand maximaler Ladezustand maximaler Aufladezustand IST-Ladereserve externe Energie Brennstoffzellensystem Flüssiggastank Brennstoffzelle Stromwandler Verbraucher Elektromotor Wärmeeinheit Steuereinheit -b Verfahrensschritte