DE102015008937A1 - Method for operating a fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (1) in einem Fahrzeug (2), welches in Betriebsphasen, in denen das Fahrzeug (2) abgestellt ist, für einen Nutzer unerwartet aktiviert bleibt oder vorübergehend unerwartet wieder aktiviert wird, um einen vorgegebenen Zustand des Brennstoffzellensystems (1) zu erreichen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass während der unerwarteten Aktivierung des Brennstoffzellensystems zu den entstehenden Geräuschen phasenversetzter Schall erzeugt und abgestrahlt wird.The invention relates to a method for operating a fuel cell system (1) in a vehicle (2) which, in operating phases in which the vehicle (2) is turned off, remains unexpectedly activated for a user or is temporarily reactivated unexpectedly by a predetermined state of the fuel cell system (1). The method according to the invention is characterized in that, during the unexpected activation of the fuel cell system, phase-shifted sound is generated and radiated to the resulting noise.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a method for operating a fuel cell system in a vehicle according to the closer defined in the preamble of
Brennstoffzellensysteme zum Einsatz in Fahrzeugen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Typischerweise werden Brennstoffzellensysteme für den Fahrzeugeinsatz in Form von sogenannten PEM-Brennstoffzellensystemen ausgebildet. Dabei ist es so, dass die Membranen innerhalb der Brennstoffzelle, welche als Elektrolyt dienen, eine gewisse Feuchte aufweisen müssen, um eine sichere und zuverlässige Funktionalität der Brennstoffzelle zu gewährleisten. Bei Umgebungstemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts, und dies ist bei Fahrzeugen typischerweise nicht gänzlich zu vermeiden, kann es deshalb dazu kommen, dass die Brennstoffzelle selbst einfriert. Je nach Menge an Feuchtigkeit und Wasser in dem Brennstoffzellensystem kann dies den Wiederstart des Brennstoffzellensystems erheblich verzögern.Fuel cell systems for use in vehicles are known from the general state of the art. Typically, fuel cell systems are designed for vehicle use in the form of so-called PEM fuel cell systems. It is the case that the membranes within the fuel cell, which serve as electrolyte, must have a certain humidity in order to ensure reliable and reliable functionality of the fuel cell. At ambient temperatures below freezing, and this is typically not fully avoided on vehicles, it may therefore happen that the fuel cell itself freezes. Depending on the amount of moisture and water in the fuel cell system, this can significantly delay the restart of the fuel cell system.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es deshalb bekannt, dass ein Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug, insbesondere beim Abschalten des Brennstoffzellensystems, in einen Zustand gebracht werden kann, welcher einen schnellen und zuverlässigen Wiederstart des Brennstoffzellensystems, auch bei widrigen Umgebungsbedingungen, begünstigt. Nun ist es so, dass eine solche Abschaltprozedur vergleichsweise lange andauert und häufig läuft, wenn das Fahrzeug längst abgestellt ist und der Fahrer des Fahrzeugs nicht mehr im Bereich des Fahrzeugs ist, oder zumindest von diesem Fahrzeug keine Aktion erwartet. Eine solche für ihn unerwartete Aktivierung des Brennstoffzellensystems und die damit einhergehenden Geräusche sind in diesem Fall dann außerordentlich störend.It is therefore known from the general state of the art that a fuel cell system in a vehicle, in particular when switching off the fuel cell system, can be brought into a state which favors a quick and reliable restart of the fuel cell system, even in adverse environmental conditions. Now it is such that such a shutdown procedure lasts comparatively long and often runs when the vehicle has long been turned off and the driver of the vehicle is no longer in the range of the vehicle, or at least expected no action from this vehicle. Such an unexpected activation of the fuel cell system and the accompanying noises are extremely disturbing in this case.
Eine weitere Möglichkeit, ein Brennstoffzellensystem auf einen Wiederstart bei Umgebungsbedingungen mit Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts vorzubereiten, besteht darin, das Brennstoffzellensystem beispielsweise zeitgesteuert oder insbesondere temperaturgesteuert immer nur dann kurzzeitig „aufzuwecken”, wenn die Temperatur abfällt und kritische Bedingungen für den Wiederstart zu befürchten sind. In diesem Fall kann nach dem Aufwecken eine Konditionierungs-Routine gestartet werden, welche ebenfalls dafür sorgt, dass das Brennstoffzellensystem in einem guten Zustand für einen eventuellen Wiederstart, auch bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts, ist. Typischerweise läuft eine solche Konditionierungs-Routine ähnlich ab wie eine Abschaltprozedur. Typischerweise wird hierfür ein Gebläse oder die Luftfördereinrichtung betrieben, um das Brennstoffzellensystem bis zu einem gewissen Grad zu trocknen und Feuchtigkeit, welche eventuell einfrieren könnte, aus dem Brennstoffzellensystem auszutragen. Hierfür wird typischerweise neben der Luftfördereinrichtung oder einem Gebläse auch eine Ansteuerung von Ventilen innerhalb des Brennstoffzellensystems notwendig. Eine solche Aktivierung des Brennstoffzellensystems geht mit entsprechenden Geräuschemissionen einher, welche bei einem abgestellten Fahrzeug weder vom Nutzer noch Passanten erwartet werden, und welche deshalb als besonders störend empfunden werden können.Another way to prepare a fuel cell system for a restart in ambient conditions with temperatures below freezing is to "wake up" the fuel cell system, for example, time-controlled or temperature-controlled only for a short time whenever the temperature drops and critical conditions for the restart are to be feared. In this case, after waking up, a conditioning routine may be started, which also ensures that the fuel cell system is in good condition for eventual restart, even at temperatures below freezing. Typically, such a conditioning routine is similar to a shutdown procedure. Typically, a fan or air conveyor is operated to dry the fuel cell system to some degree and to discharge moisture that could eventually freeze out of the fuel cell system. For this purpose, a control of valves within the fuel cell system is typically required in addition to the air conveyor or a blower. Such activation of the fuel cell system is accompanied by corresponding noise emissions, which are not expected by the user or passers-by in a parked vehicle, and which therefore can be perceived as particularly disturbing.
Aus dem weiteren allgemeinen Stand der Technik ist es nun ferner bekannt, dass Schallwellen durch aktive Dämpfungssysteme gänzlich oder zumindest deutlich in ihrer Intensität reduziert werden können, indem phasenversetzter Schall erzeugt und zusätzlich zu den entstehenden Geräuschen abgegeben wird. Dieser „Antischall” sorgt dann dafür, dass der eigentliche Schall entsprechend reduziert wird, um so die Geräuschkulisse insgesamt zu minimieren oder eine Geräuschemission gänzlich zu unterdrücken. Neben einer Anwendung beispielsweise in aktiven Kopfhörersystemen sind auch Anwendungen im Bereich der Fahrzeugtechnik bekannt, beispielsweise aus der
All diesen Systemen zur Erzeugung von Antischall ist es dabei gemein, dass diese über ein Messmikrofon die Geräusche, welche reduziert oder unterdrückt werden sollen, aufnehmen müssen, um dann den gewünschten phasenversetzen Schall zu erzeugen. Dies ist außerordentlich aufwändig und komplex, da die Signalkette zwischen der Erfassung der Geräusche mit dem Messmikrofon einerseits und der Erzeugung des phasenversetzen Schalls über einem oder mehrere Lautsprecher andererseits außerordentlich schnell erfolgen muss. Dies macht den Aufbau und die hierfür benötigten Komponenten aufwändig und teuer.It is common to all these systems for generating anti-sounding that they must record the sounds that are to be reduced or suppressed via a measuring microphone in order then to generate the desired phase-shifted sound. This is extremely complex and complex, since the signal chain between the detection of the noise with the measuring microphone on the one hand and the generation of phase-shifted sound through one or more speakers on the other hand must be extremely fast. This makes the structure and the components required for this consuming and expensive.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, welches insbesondere eine Reduzierung von Geräuschemissionen im unbeaufsichtigten Betrieb ermöglicht.The object of the present invention is now to provide an improved method for operating a fuel cell system in a vehicle according to the preamble of
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.According to the invention this object is achieved by a method having the features in
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems ist es vorgesehen, dass in Situationen, in denen eine Vorkonditionierung des Brennstoffzellensystems für einen späteren Wiederstart stattfindet, und welche typischerweise außerhalb des eigentlichen Betriebs des Brennstoffzellensystems liegen, ein zu den entstehenden Geräuschen phasenversetzter Schall erzeugt wird. Das Fahrzeug ist also bereits abgestellt oder ist schon für einen längeren Zeitraum abgestellt und das Brennstoffzellensystem arbeitet, um das Fahrzeug auf einen späteren schnellen und zügigen Wiederstart vorzubereiten. Ein solcher Betrieb wird auch als Freeze-Start-Conditioning-Mode bezeichnet.In the method according to the invention for operating a fuel cell system, it is provided that in situations in which a Preconditioning of the fuel cell system takes place for a later restart, and which are typically outside the actual operation of the fuel cell system, a sound phase-shifted to the resulting noise is generated. The vehicle is already parked or is already parked for a long period of time and the fuel cell system is working to prepare the vehicle for a later fast and swift re-start. Such operation is also referred to as freeze-start conditioning mode.
Eine solche unerwartete Aktivierung des Brennstoffzellensystems verursacht Geräusche, welche vom Nutzer im Allgemeinen als außerordentlich störend empfunden werden, insbesondere auch da diese vollkommen unerwartet erfolgen. Er hat das Fahrzeug mit dem Brennstoffzellensystem ja gerade abgestellt bzw. das Fahrzeug steht schon seit längerem und schaltet sich plötzlich zum Erreichen eines vorgegebenen Zustands des Brennstoffzellensystems ein. Um gegen diese unerwünschten Geräusche vorzugehen, wird also gemäß der Erfindung ein zu den entstehenden Geräuschen phasenversetzter Schall erzeugt. Dieser phasenversetzte Schall addiert sich zu den Schallwellen der Geräusche hinzu und eliminiert diese im Idealfall gänzlich oder kann sie zumindest in ihrer Intensität deutlich reduzieren, sodass nur noch eine sehr geringe Geräuschentwicklung des Brennstoffzellenfahrzeugs auftritt. Durch eine solche Reduzierung der Geräusche während einer für den Benutzer unerwarteten Aktivierung des Brennstoffzellensystems wird daher eine verminderte Störung des Benutzers erreicht, was letztlich ein entscheidender Vorteil für den Nutzungskomfort des Fahrzeugs mit dem Brennstoffzellensystem ist.Such an unexpected activation of the fuel cell system causes sounds that are generally perceived by the user as extremely disturbing, especially since they occur quite unexpectedly. He has just parked the vehicle with the fuel cell system or the vehicle has been standing for some time and suddenly turns on to achieve a predetermined state of the fuel cell system. In order to act against these unwanted noises, so according to the invention, a phase-offset sound is generated to the resulting noise. This phase-shifted sound is added to the sound waves of the noise and ideally eliminates them completely or can at least significantly reduce their intensity so that only a very low noise level of the fuel cell vehicle occurs. By such a reduction of the noise during an unexpected activation of the fuel cell system for the user, therefore, a reduced disturbance of the user is achieved, which is ultimately a decisive advantage for the ease of use of the vehicle with the fuel cell system.
Gemäß einer außerordentlich vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dabei so, dass die unerwartete Aktivierung gemäß eines vorgegebenen Ablaufs erfolgt, wobei der zu diesem Ablauf passende phasenversetzte Schall aus einem Speicher abgerufen wird. Bei dieser besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Tatsache genutzt, dass die unerwartete Aktivierung des Brennstoffzellensystems typischerweise gemäß eines oder mehrerer weniger vorgegebener Abläufe erfolgt. Die Abläufe selbst sind bekannt, und können entsprechend der dabei entstehenden Geräuschemissionen analysiert werden. Typischerweise läuft für eine bestimmte vorgegebene Zeit ein Gebläse oder die Luftfördereinrichtung des Brennstoffzellensystems. Außerdem werden bestimmte Ventile betätigt, was jeweils zu derselben Geräuschemission führt, die einmalig erfasst und gespeichert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dann in der Art betrieben werden, dass der zu der jeweils vorgegebenen unerwarteten Aktivierung passende phasenversetzte Schall aus einem Speicher abgerufen wird. Der Aufwand, ein Messmikrofon einzusetzen und den benötigen Antischall quasi in Echtzeit zu berechnen, ist damit unnötig. Mit minimalen Aufwand zur Erzeugung des phasenversetzten Schalls ist es also einfach möglich, diesen in einem Speichersystem vorgefertigt für die jeweils benötigte Aktivierung passend bereitzuhalten, um ihn dann einfach und effizient abrufen zu können.According to an extraordinarily advantageous embodiment of the method according to the invention, it is the case that the unexpected activation takes place in accordance with a predetermined sequence, wherein the phase-shifted sound suitable for this sequence is called up from a memory. In this particularly favorable and advantageous development of the method according to the invention, the fact is exploited that the unexpected activation of the fuel cell system typically takes place according to one or more less predefined sequences. The processes themselves are known and can be analyzed according to the resulting noise emissions. Typically, a fan or the air conveyor of the fuel cell system will run for a certain predetermined time. In addition, certain valves are actuated, each resulting in the same noise emission, which can be recorded once and stored. The method according to the invention can then be operated in such a way that the out-of-phase sound matched to the respective predetermined unexpected activation is retrieved from a memory. The effort to use a measuring microphone and to calculate the required anti-sound virtually in real time, is therefore unnecessary. With minimal effort to produce the phase-shifted sound, so it is easily possible to hold this prefabricated in a storage system ready for the activation required in each case in order to then retrieve it easily and efficiently.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Idee ist es dabei möglich, dass der Ablauf der unerwarteten Aktivierung gemäß Umgebungsbedingungen aus einer Mehrzahl von vorgegebenen Abläufen ausgewählt wird. Der Ablauf muss dabei nicht immer gleich sein. Er kann beispielsweise in Abhängigkeit von vorgegebenen Umgebungsbedingungen, insbesondere von Temperaturen, entsprechend ausgewählt werden. Dennoch wird die gesamte Anzahl der verfügbaren Abläufe vergleichsweise klein bleiben, sodass auch bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens in besonders vorteilhafter Art und Weise weiterhin in einem Speicher der phasenversetzte Schall zu dem jeweils ausgewählten Ablauf vorgehalten werden kann.According to a further advantageous embodiment of the idea, it is possible that the expiration of the unexpected activation is selected according to environmental conditions from a plurality of predetermined sequences. The process does not always have to be the same. It can be selected, for example, depending on predetermined environmental conditions, in particular temperatures. Nevertheless, the total number of available processes will remain relatively small, so that even in this variant of the method according to the invention in a particularly advantageous manner in a memory of the phase-shifted sound can be kept to the respective selected sequence.
Der phasenversetzte Schall wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens über einen oder bevorzugt mehrere im Inneren und/oder Äußeren des Fahrzeugs angeordnete Lautsprecher abgestrahlt. Diese können insbesondere so positioniert werden, dass sich eine besonders effiziente Mischung des phasenversetzten Schalls mit den bei der unerwarteten Aktivierung auftretenden Geräuschemissionen ergibt, sodass die resultierenden Geräusche gänzlich vermieden oder zumindest in ihrer Intensität sehr stark abgedämpft werden können.The phase-shifted sound is radiated according to an advantageous development of the method according to the invention via one or preferably a plurality of arranged in the interior and / or exterior of the vehicle speakers. In particular, these can be positioned in such a way that a particularly efficient mixing of the phase-shifted sound with the noise emissions occurring during the unexpected activation results, so that the resulting noise can be completely avoided or at least greatly attenuated in intensity.
Wie bereits erwähnt, kann dabei auf eine Messung der bei der unerwarteten Aktivierung entstehenden Geräusche in den beschriebenen vorteilhaften Ausführungsvarianten verzichtet werden, was einen erheblichen Vorteil hinsichtlich der Hardware einerseits und der Steuerung des Verfahrens andererseits ermöglicht.As already mentioned, it is possible to dispense with a measurement of the noise resulting from the unexpected activation in the advantageous variants described, which makes possible a considerable advantage with regard to the hardware on the one hand and the control of the method on the other hand.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich auch aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher erläutert wird.Further advantageous embodiments of the method according to the invention will become apparent from the remaining dependent subclaims and will be described with reference to an embodiment, which will be explained in more detail below with reference to the figure.
Die einzige beigefügte Figur zeigt ein prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. The sole attached figure shows a vehicle indicated in principle with a fuel cell system for carrying out the method according to the invention.
Die einzige beigefügte Figur zeigt ein prinzipmäßig angedeutetes Brennstoffzellensystem
Derartige Brennstoffzellensysteme
Im Rahmen einer solchen unerwarteten Aktivierung kann nun insbesondere das Brennstoffzellensystem
Eine solche unerwartete Aktivierung zur Überführung des Brennstoffzellensystems
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- DE 19515769 A1 [0005] DE 19515769 A1 [0005]
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| DE102015008937.4A DE102015008937A1 (en) | 2015-07-10 | 2015-07-10 | Method for operating a fuel cell system |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102023201604A1 (en) | 2023-02-22 | 2024-08-22 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Fuel cell device, fuel cell system and method for operating the fuel cell device |
| DE102023002651B4 (en) | 2023-06-29 | 2024-09-12 | Mercedes-Benz Group AG | Device and method for suppressing noise in a vehicle |
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| DE19515769A1 (en) | 1994-04-28 | 1995-11-02 | Unisia Jecs Corp | Active noise reduction in cabin of car |
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| EP2071213A1 (en) | 2007-12-11 | 2009-06-17 | General Electric Company | Gearbox noise reduction by electrical drive control |
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2015
- 2015-07-10 DE DE102015008937.4A patent/DE102015008937A1/en not_active Withdrawn
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