DE102014007467A1

DE102014007467A1 - Method for operating a fuel cell vehicle

Info

Publication number: DE102014007467A1
Application number: DE102014007467.6A
Authority: DE
Inventors: Winfried Kneer; Andreas Knoop
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2015-11-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenfahrzeugs, welches eine Brennstoffzelle zur Erzeugung von elektrischer Antriebsleistung aufweist, und welches daneben eine Traktionsbatterie zur Speicherung von elektrischer Antriebsleistung umfasst, wobei der Betrieb des Brennstoffzellenfahrzeugs wahlweise mit elektrischer Antriebsleistung aus der Brennstoffzelle oder aus der Traktionsbatterie erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass immer dann, wenn die Gefahr einer unerwünschten Nebel- und/oder Tropfenbildung aus einem Abgasstrang des Brennstoffzellenfahrzeugs besteht, das Brennstoffzellenfahrzeug mit elektrischer Antriebsleistung aus der Traktionsbatterie betrieben wird.The invention relates to a method for operating a fuel cell vehicle, which has a fuel cell for generating electrical drive power, and which in addition comprises a traction battery for storing electrical drive power, wherein the operation of the fuel cell vehicle takes place optionally with electrical drive power from the fuel cell or from the traction battery. The inventive method is characterized in that whenever the risk of unwanted mist and / or droplet formation consists of an exhaust line of the fuel cell vehicle, the fuel cell vehicle is operated with electric drive power from the traction battery.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenfahrzeugs.The invention relates to a method for operating a fuel cell vehicle.

Ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenfahrzeugs, welches neben der Brennstoffzelle eine Traktionsbatterie zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsleistung aufweist, ist prinzipiell aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Beispielhaft kann in diesem Zusammenhang auf die DE 10 2013 207 244 A1 verwiesen werden, welche eine Auswahl zwischen der Brennstoffzelle zur Bereitstellung der Antriebsleistung und der Traktionsbatterie zur Bereitstellung der Antriebsleistung in Abhängigkeit des Leistungsbedarfs und des Lastzustandes der Brennstoffzelle vornimmt. Hierdurch wird der Betrieb der Brennstoffzelle bei niedrigen Lasten von beispielsweise < 20% der Nennlast der Brennstoffzelle verhindert. In diesen Situationen wird, sofern eine ausreichende Leistungsmenge in der Traktionsbatterie verfügbar ist, die Antriebsleistung aus der Traktionsbatterie genutzt.A method of operating a fuel cell vehicle having, in addition to the fuel cell, a traction battery for providing electric drive power is known in principle from the general state of the art. By way of example may be in the context of DE 10 2013 207 244 A1 which makes a selection between the fuel cell for providing the driving power and the traction battery for providing the driving power depending on the power demand and the load state of the fuel cell. This prevents operation of the fuel cell at low loads of, for example, <20% of the rated load of the fuel cell. In these situations, if a sufficient amount of power is available in the traction battery, the traction power from the traction battery is used.

Ein großes Problem bei Brennstoffzellenfahrzeugen ist die Tatsache, dass Wasser als „Abfallprodukt” der elektrochemischen Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff entsteht. Dieses Wasser gelangt typischerweise mit der Abluft in die Umgebung. Nun kommt es dabei grundsätzlich zu zwei Problemen. Einerseits kann das flüssige Wasser die Straßen benetzen, was insbesondere bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts im Bereich von Kreuzungen und Ampeln sehr kritisch sein kann, da hier beim Einsatz von Brennstoffzellenfahrzeugen dann eine verstärkte unerwünschte Glatteisbildung auftritt. Darüber hinaus ist es so, dass auch die Nebelbildung kritisch sein kann, da je nach Witterungsbedingungen durch eine starke Nebelbildung eine Sichtbeeinträchtigung sowohl für den Fahrer des Brennstoffzellenfahrzeugs, insbesondere nach hinten, als auch für Fahrer anderer Fahrzeuge in seiner Umgebung auftreten kann. Dies ist höchst unerwünscht und kann zu gefährlichen bzw. kritischen Situationen im Straßenverkehr führen.A major problem with fuel cell vehicles is the fact that water is produced as a "by-product" of the electrochemical conversion of hydrogen and oxygen. This water typically enters the environment with the exhaust air. Now, there are basically two problems. On the one hand, the liquid water can wet the roads, which can be very critical especially at temperatures below freezing in the area of intersections and traffic lights, as here then occurs when using fuel cell vehicles increased unwanted ice formation. In addition, it is also the case that the formation of fog can be critical since, depending on the weather conditions, a strong mist formation can cause a visual impairment both for the driver of the fuel cell vehicle, in particular to the rear, and for drivers of other vehicles in his environment. This is highly undesirable and can lead to dangerous or critical situations in traffic.

Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Ansätze bekannt, dieser Problematik entgegenzuwirken. So beschreibt beispielsweise die EP 2 258 574 B1 eine Art „Luftvorhang”, um so Nebel bzw. Wasserdampf von dem Fahrzeug abzuschirmen.From the prior art, different approaches are known to counteract this problem. For example, describes the EP 2 258 574 B1 a kind of "air curtain", so as to shield fog or water vapor from the vehicle.

In der US 2013/0224613 A1 ist ein Aufbau beschrieben, bei dem die Abluft am Schluss durch einen Ladeluftkühler geleitet wird. Hierdurch wird die Abluft immer auf ein entsprechend hohes Temperaturniveau gebracht, sodass zumindest die Tröpfchenbildung in jedem Fall verhindert wird. Allerdings kann auch hier das dampfförmig aus dem System austretende Wasser je nach Umgebungs- und Witterungsbedingungen zu einer Nebelbildung führen, was ebenfalls unerwünscht ist und zu den oben genannten Nachteilen führen kann.In the US 2013/0224613 A1 a construction is described in which the exhaust air is passed at the end by a charge air cooler. As a result, the exhaust air is always brought to a correspondingly high temperature level, so that at least the formation of droplets is prevented in any case. However, here too, the water leaving the system in vapor form, depending on the ambient and weather conditions, can lead to the formation of mist, which is likewise undesirable and can lead to the abovementioned disadvantages.

Mit einer sehr ähnlichen Problematik beschäftigt sich auch die DE 11 2008 002 029 T5 . Sie beschreibt ebenfalls die Gefahr einer Tröpfchenbildung und in dem von ihr beschriebenen Stand der Technik die verschiedenen Maßnahmen, um eine solche zu verhindern bzw. in ihrer Auswirkung zu reduzieren. Zusätzlich beschreibt diese Schrift die Problematik, dass sogenannter weißer Rauch auftreten kann, wenn bei bestimmten Witterungsbedingungen und insbesondere bei bestimmten Fahrgeschwindigkeiten Tröpfchen und Dampf in die Umgebung austreten. Sie beschreibt, analog zur oben ausgeführten Darstellung, die beschriebene Problematik hinsichtlich der Sichtbeeinträchtigung und anderer Gefahren.With a very similar problematic is also the DE 11 2008 002 029 T5 , It also describes the risk of droplet formation and, in the prior art described by it, the various measures to prevent such or reduce their impact. In addition, this document describes the problem that so-called white smoke can occur when in certain weather conditions and in particular at certain driving speeds droplets and steam escape into the environment. It describes, analogously to the above-mentioned representation, the problems described in terms of visual impairment and other hazards.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenfahrzeugs anzugeben, welches die genannten Nachteile vermeidet oder zumindest in ihrer Auswirkung verringert.The object of the present invention is now to provide a method for operating a fuel cell vehicle, which avoids the disadvantages mentioned or at least reduced in their effect.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen.According to the invention this object is achieved by a method having the features in claim 1. Advantageous embodiments and developments emerge from the dependent subclaims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorgesehen, dass das Brennstoffzellenfahrzeug wahlweise mit Antriebsleistung aus der Brennstoffzelle oder aus einer parallel dazu angeordneten Traktionsbatterie mit elektrischer Antriebsleistung versorgt wird. Erfindungsgemäß ist es so, dass immer dann, wenn die Gefahr einer unerwünschten Nebel- und/oder Tropfenbildung aus dem Abgasstrang der Brennstoffzelle besteht, das Brennstoffzellenfahrzeug mit Antriebsleistung aus der Traktionsbatterie betrieben wird. Selbstverständlich unter der Voraussetzung, dass die Traktionsbatterie einen ausreichend großen Ladezustand aufweist, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Brennstoffzellenfahrzeug also immer mit Leistung aus der Traktionsbatterie betrieben, wenn die grundsätzliche Gefahr einer Nebel- und/oder Tropfenbildung besteht. Dadurch, dass das Fahrzeug in diesen Situationen mit Leistung aus der Traktionsbatterie angetrieben wird, muss die Brennstoffzelle in diesen Situationen gar nicht betrieben werden. Hierdurch wird die Entstehung von Produktwasser und damit die Gefahr einer unerwünschten Nebel- und/oder Tropfenbildung sicher und zuverlässig verhindert, da ohne entstehendes Produktwasser dieses auch nicht an die Umgebung abgegeben werden muss.In the method according to the invention, it is provided that the fuel cell vehicle is optionally supplied with drive power from the fuel cell or from a traction battery arranged in parallel with electrical drive power. According to the invention, whenever there is a risk of undesired mist and / or droplet formation from the exhaust gas line of the fuel cell, the fuel cell vehicle is operated with drive power from the traction battery. Of course, under the condition that the traction battery has a sufficiently large state of charge, the fuel cell vehicle is thus always operated with power from the traction battery in the inventive method, if there is a fundamental risk of mist and / or drop formation. The fact that the vehicle is powered in these situations with power from the traction battery, the fuel cell does not need to be operated in these situations. As a result, the formation of product water and thus the risk of unwanted mist and / or droplet formation is reliably and reliably prevented, since without resulting product water this does not have to be discharged to the environment.

Für die Entstehung von Nebel oder und/oder Tropfen und hier insbesondere ihr unerwünschtes Austreten können verschiedene Kriterien erfasst und zur Steuerung der Auswahl, ob das Brennstoffzellenfahrzeug mit elektrischer Antriebsleistung aus der Batterie oder der Brennstoffzelle betrieben wird, verwendet werden. Insbesondere kann ein solches Kriterium gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Fahrgeschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs sein. Es hat sich den Erfindern gezeigt, dass bei Brennstoffzellenfahrzeugen die Abgabe von Wasser in Form von Nebel bzw. Tropfen in die Umgebung typischerweise unkritisch ist, sobald die Brennstoffzellenfahrzeuge mit höherer Geschwindigkeit unterwegs sind. Durch den entsprechenden Fahrtwind wird das Wasser so weit verteilt, dass es keine Gefahr mehr darstellt. Es gelangt vielmehr fein verteilt in die Umgebung, ohne dass es hierbei zu kritischen Situationen kommt. Deshalb kann es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass immer dann mit elektrischer Antriebsleistung aus der Traktionsbatterie gefahren wird, wenn die Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs weniger als 50 km/h beträgt. Bei diesen langsamen Fahrgeschwindigkeiten des Brennstoffzellenfahrzeugs wäre die Bildung von Nebel und/oder Tröpfchen unerwünscht und würde in die Umgebung beeinträchtigender Art und Weise auftreten. Wenn in diesen Situationen mit Leistung aus der Traktionsbatterie gefahren wird, kann die Bildung von Produktwasser und ihre Abgabe an die Umgebung jedoch grundsätzlich verhindert werden, sodass in diesen Situationen durch den reinen batterieelektrischen Betrieb des Brennstoffzellenfahrzeugs die genannten Probleme effektiv verhindert werden können. For the formation of mist and / or drops and in particular their unwanted escape, various criteria can be detected and used to control the selection of whether the fuel cell vehicle is operated with electric drive power from the battery or the fuel cell. In particular, according to an advantageous development of the method according to the invention, such a criterion can be a driving speed of the fuel cell vehicle. It has been shown to the inventors that in fuel cell vehicles, the delivery of water in the form of mist or drops into the environment is typically not critical as soon as the fuel cell vehicles are traveling at a higher speed. By the corresponding wind, the water is distributed so far that it no longer represents a danger. On the contrary, it is distributed finely into the environment without causing critical situations. Therefore, it may be provided according to an advantageous development of the invention that is always driven with electric drive power from the traction battery when the speed of the fuel cell vehicle is less than 50 km / h. At these slow cruising speeds of the fuel cell vehicle, the formation of mist and / or droplets would be undesirable and would occur in an environment impairing manner. However, when power is supplied from the traction battery in these situations, the formation of product water and its discharge to the environment can be prevented in principle, so that in these situations, the pure battery electrical operation of the fuel cell vehicle can effectively prevent the above problems.

Ferner ist es möglich, dass als eines der Kriterien ergänzend oder alternativ zur Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs die Witterungsbedingungen herangezogen werden. Bei bestimmten sehr niedrigen Umgebungstemperaturen oder auch entsprechenden Temperaturspannen zwischen der aus der Brennstoffzelle abströmenden Abluft und der Umgebung ist die Gefahr, insbesondere einer Nebelbildung, besonders hoch. Daher kann vorzugsweise bei derartigen Witterungsbedingungen auf den elektrischen Antrieb aus der Traktionsbatterie umgeschaltet werden, um bereits das Entstehen von Produktwasser und damit auch die Gefahr einer Nebelbildung grundsätzlich auszuschließen. Weitere Witterungsbedingungen, welche kritisch sind, und zwar hier insbesondere hinsichtlich der Bildung von Tröpfchen und der daraus entstehenden Vereisung beispielsweise der Straßenoberfläche einer Kreuzung oder dergleichen, sind Temperaturen in der Umgebung des Brennstoffzellenfahrzeugs, welche unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser liegen. Auch in diesem Fall kann, gegebenenfalls wiederum kombiniert mit den anderen Kriterien und/oder der Geschwindigkeit des Brennstoffzellenfahrzeugs, auf den rein elektrischen Antrieb aus der Traktionsbatterie gesetzt werden. Hierdurch kann auch in diesen Situationen sicher und zuverlässig die unerwünschte Bildung von Nebel und/oder Tröpfchen verhindert werden.Furthermore, it is possible that the weather conditions are used as one of the criteria in addition to or as an alternative to the speed of the fuel cell vehicle. At certain very low ambient temperatures or even corresponding temperature ranges between the exhaust air flowing out of the fuel cell and the environment, the danger, in particular of mist formation, is particularly high. Therefore, it is preferable to switch over to the electric drive from the traction battery in such weather conditions in order to rule out the formation of product water and thus the risk of mist formation. Other weather conditions which are critical, particularly as regards the formation of droplets and the resulting icing, for example, the road surface of an intersection or the like, are temperatures in the vicinity of the fuel cell vehicle which are below the freezing point of water. Also in this case, if necessary in turn combined with the other criteria and / or the speed of the fuel cell vehicle, can be set to the purely electric drive from the traction battery. As a result, even in these situations, the unwanted formation of mist and / or droplets can be reliably and reliably prevented.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102013207244 A1 [0002]
EP 2258574 B1 [0004]
US 2013/0224613 A1 [0005]
DE 112008002029 T5 [0006]

Claims

A method of operating a fuel cell vehicle having a fuel cell for generating electrical drive power, and which further comprises a traction battery for storing electrical drive power, wherein the operation of the fuel cell vehicle optionally with electric drive power from the fuel cell or from the traction battery, characterized in that whenever the risk of unwanted mist and / or droplet formation from an exhaust line of the fuel cell vehicle, the fuel cell vehicle is operated with electric drive power from the traction battery.

A method according to claim 1, characterized in that serves as a criterion for an undesirable mist and / or droplet formation a driving speed of the fuel cell vehicle.

A method according to claim 2, characterized in that when the driving speed of the fuel cell vehicle is less than 50 km / h, it is assumed that an undesirable mist and / or droplet formation.

Method according to Claim 1, 2 or 3, characterized in that weather conditions in the environment of the fuel cell vehicle are detected and evaluated as a criterion for the unwanted formation of mist and / or droplets.