DE102012208821A1 - Method for preparing fueling procedure at motor vehicle, involves recommending fuel-filling procedure to driver of motor vehicle on basis of certain edge conditions by electronic control unit - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorbereitung eines Betankungsvorgangs an einem Kraftfahrzeug, das mit einem Wasserstofftank zur Versorgung eines Brennstoffzellensystems ausgerüstet ist, wobei eine elektronische Steuereinheit anhand gewisser Randbedingungen dem Fahrer des Fahrzeugs einen Betankungsvorgang empfiehlt (falls eine solche Empfehlung angebracht ist). Zum Stand der Technik wird neben der
Kraftfahrzeuge haben eine durch den Inhalt eines mitgeführten Kraftstoff-Tanks, aus welchem das Antriebsaggregat des Fahrzeugs direkt oder indirekt (letzteres über eine Umwandlung des mitgeführten Kraftstoffs in elektrische Energie) versorgt wird, begrenzte Reichweite, die dem Fahrer entweder durch Angabe der aktuellen Restfüllmenge des Tanks indirekt oder als Kilometer-Angabe (unter Berücksichtigung eines wahrscheinlichen Kraftstoffverbrauchs) direkt mitgeteilt wird. Darüber hinaus kann dem Fahrer das Anfahren einer Tankstelle unter Auswertung diverser Randbedingungen konkret empfohlen werden, wie beispielsweise der eingangs erstgenannten Schrift und zweitgenannten Schrift entnommen werden kann. Dieser bekannte Stand der Technik bezieht sich auf heute übliche, mit Erdölderivaten betriebene Fahrzeugs-Antriebsaggregate und zugehörige Fahrzeug-Tanks.Motor vehicles have a range limited by the contents of a fuel tank entrained, from which the drive unit of the vehicle is supplied directly or indirectly (the latter via a conversion of the entrained fuel into electrical energy) to the driver, either by indicating the current residual filling quantity of the tank indirectly or as a kilometer indication (taking into account a probable fuel consumption) is communicated directly. In addition, the driver can be recommended to start a petrol station under evaluation of various conditions concretely, such as the first-mentioned font and the second-mentioned font can be removed. This known prior art relates to today common petroleum derivatives powered vehicle drive units and associated vehicle tanks.
Künftig sollen Kraftfahrzeuge auch mit Wasserstoff betreibbar sein, wobei der im Tank mitgeführte Wasserstoff vorrangig einem im Fahrzeug installierten Brennstoffzellensystem zugeführt wird, mit dem elektrischer Strom erzeugt wird, mit dem ein elektrischer Antriebsmotor des Fahrzeugs gespeist wird. Dabei kann die im Brennstoffzellensystem aus dem Wasserstoff umgewandelte elektrische Energie in einem elektrischen Energiespeicher zwischengespeichert werden.In the future, motor vehicles should also be operable with hydrogen, wherein the hydrogen carried in the tank is primarily supplied to a fuel cell system installed in the vehicle, with which electric power is generated, with which an electric drive motor of the vehicle is fed. In this case, the converted in the fuel cell system from the hydrogen electric energy can be cached in an electrical energy storage.
Was die Speicherung von Wasserstoff in einem Kraftfahrzeug betrifft, gibt es hierfür bekanntlich verschiedene Möglichkeiten. Die meisten künftig schrittweise in Serie gehenden Kraftfahrzeuge dürften zunächst mit einem Drucktank versehen sein, in dem Wasserstoff im gasförmigen Zustand bei Druckwerten bis zu 600 bar und mehr gespeichert wird; alternativ kann tiefkalter Wasserstoff jedoch auch in einem sog. Kryotank im flüssigen Zustand oder vorzugsweise in überkritischem Zustand in einem sog. Kryodrucktank unter Druckwerten zwischen 13 bar und 100 bar und mehr gespeichert werden. Dabei kann ein Kryodrucktank, zu dessen Technologie auf die eingangs letztgenannte Schrift sowie den darin zitierten Stand der Technik verwiesen wird, je nach Verfügbarkeit bzw. Angebot an einer Tankstelle mit entsprechend verdichtetem tiefkalten Wasserstoff im überkritischen Zustand (abgekürzt CcH2 = Cryogenic compressed H2) oder mit hoch verdichtetem gasförmigen und im wesentlichen Umgebungstemperatur aufweisenden Wasserstoff (abgekürzt CGH2 = compressed gaseous H2) befüllt werden.As far as the storage of hydrogen in a motor vehicle is concerned, there are known to be various possibilities. Most of the future series production vehicles will initially be equipped with a pressure tank storing hydrogen in the gaseous state at pressures of up to 600 bar and more; Alternatively, cryogenic hydrogen can however also be stored in a so-called cryotank in the liquid state or preferably in the supercritical state in a so-called cryodressing tank under pressure values between 13 bar and 100 bar and more. In this case, a Kryodrucktank, whose technology is referred to the beginning of the latter document and the cited prior art, depending on availability or offer at a gas station with appropriately compressed cryogenic hydrogen in the supercritical state (abbreviated CcH2 = Cryogenic compressed H 2 ) or be filled with highly compressed gaseous and substantially ambient temperature having hydrogen (abbreviated CGH2 = compressed gaseous H 2 ).
Wenn ein mit Benzin oder Dieselkraftstoff betriebenes Kraftfahrzeug eine Tankstelle anfährt, ist der Fahrer angehalten, nach Abstellen des Fahrzeugs an der Zapfsäule das Antriebsaggregat, d. h. den Verbrennungsmotor abzustellen. Entsprechendes sollte auch für ein Fahrzeug gelten, bei dem das Antriebsaggregat in Form eines Elektromotors unter anderem von einem Brennstoffzellensystem mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei selbstverständlich nicht nur der Elektromotor, sondern auch das Brennstoffzellensystem stillgesetzt, d. h. außer Betrieb genommen werden sollte.When a motor vehicle powered by gasoline or diesel fuel reaches a gas station, the driver is stopped, after stopping the vehicle at the gas pump, the drive unit, d. H. to stop the combustion engine. The same should apply to a vehicle in which the drive unit is supplied in the form of an electric motor, inter alia, from a fuel cell system with electrical energy, of course, not only the electric motor, but also shut down the fuel cell system, d. H. should be taken out of service.
Da jedoch das Stillsetzten eines Brennstoffzellensystems ein länger währender Prozess als das Abschalten eines Verbrennungsmotors ist, soll hiermit aufgezeigt werden, wie die Vorbereitung eines Betankungsvorgangs an einem Kraftfahrzeug, das mit einem Wasserstofftank zur Versorgung eines Brennstoffzellensystems ausgerüstet ist, wobei eine elektronische Steuereinheit anhand gewisser Randbedingungen dem Fahrer des Fahrzeugs einen Betankungsvorgang empfiehlt (falls eine solche Empfehlung angebracht ist), für den Fahrer des Fahrzeugs hocheffizient und komfortabel erfolgen kann (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).However, since the shutdown of a fuel cell system is a longer-lasting process than the shutdown of an internal combustion engine, it should be pointed out how the preparation of a fueling operation on a motor vehicle, which is equipped with a hydrogen tank for supplying a fuel cell system, an electronic control unit on the basis of certain conditions Driver of the vehicle recommends a refueling operation (if such a recommendation is appropriate), for the driver of the vehicle can be made highly efficient and comfortable (= object of the present invention).
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den weiteren Merkmalen des Anspruchs 1, d. h. dass die elektronische Steuereinheit nach Abgabe einer Betankungsempfehlung im Falle einer Bestätigung der Empfehlung (einen Betankungsvorgang durchzuführen) durch den Fahrer rechtzeitig einen Abschaltvorgang am Brennstoffzellensystem einleitet, so dass dieses beim Ankoppeln des Wasserstofftanks an eine Tankstelle bereits stillgesetzt ist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.The solution to this problem consists in the further features of claim 1, d. H. that the electronic control unit after delivery of a refueling recommendation in case of confirmation of the recommendation (to perform refueling) by the driver in time initiates a shutdown of the fuel cell system, so that this is already stopped when docking the hydrogen tank to a gas station. Advantageous developments are content of the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird durch die bzw. allgemein eine elektronische Steuereinheit der Abschaltprozess des Brennstoffzellensystems noch während des Anfahrens des Fahrzeugs an die Tankstelle so rechtzeitig eingeleitet, dass der Fahrer mit Erreichen der Zapfsäule, über welche der Wasserstofftank des Fahrzeugs an die Tankstelle angekoppelt wird, sofort diesen Ankoppel-Vorgang starten kann, weil zu diesem Zeitpunkt das Brennstoffzellensystem bereits stillgesetzt ist und nicht erst in diesem Zeitpunkt das Stillsetzen des Brennstoffzellensystems in Gang gesetzt werden muss. Voraussetzung hierfür ist lediglich, dass der Fahrer einen vorgeschlagenen Betankungsvorgang zuvor bestätigt. Dabei ist der elektronischen Steuereinheit – wie im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben – bekannt, wie weit entfernt sich das Fahrzeug von der empfohlenen bzw. vorgeschlagenen Tankstelle befindet, so dass unter Berücksichtigung der zu erwartenden Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs in Kenntnis der üblichen Dauer des Abschaltprozesses des Brennstoffzellensystems der Start-Zeitpunkt für den Abschaltprozess einfach bestimmt werden kann. Für die Reststrecke, die nach dem Beginn des Abschaltens des Brennstoffzellensystems mit nicht mehr ausreichender Energieversorgung durch das Brennstoffzellensystem vom Fahrzeug bis zum Erreichen der Tankstellen-Zapfsäule noch zurückzulegen ist, erhält der elektrische Antriebsmotor die elektrische Energie dann aus dem elektrischen Energiespeicher. Sollte der Fahrer trotz vorheriger Bestätigung die Tankstelle doch nicht anfahren, so veranlasst die elektronische Steuereinheit das Wiederanfahren des Brennstoffzellensystems ebenso wie nach Abschluss eines durchgeführten Betankungsvorgangs.According to the invention, the shutdown process of the fuel cell system is initiated in good time by the or in general an electronic control unit while the vehicle is being started up, so that the driver immediately reaches the gas station upon reaching the gas pump, via which the hydrogen tank of the vehicle is coupled to the gas station Can start process because at this time, the fuel cell system is already stopped and not at this time the shutdown of the fuel cell system must be set in motion. The only prerequisite for this is that the driver confirms a proposed refueling process beforehand. It is the electronic control unit - as described in the aforementioned prior art - known how far away is the vehicle from the recommended or proposed gas station, so that taking into account the expected driving speed of the vehicle in the knowledge of the usual duration of the shutdown process of the fuel cell system start Time for the shutdown process can be easily determined. For the remaining distance, which is still covered after the start of switching off the fuel cell system with insufficient energy supply by the fuel cell system from the vehicle to reach the gas station dispenser, the electric drive motor then receives the electrical energy from the electrical energy storage. If the driver does not start the petrol station despite prior confirmation, the electronic control unit initiates the restarting of the fuel cell system as well as after completing a refueling operation.
Im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung kann die elektronische Steuereinheit bis zur Einleitung des Abschaltvorgangs den Betrieb des Brennstoffzellensystems im Hinblick auf einen vorteilhaften Füllzustand des Wasserstofftanks und/oder eines Speichers für vom Brennstoffzellensystem erzeugte elektrische Energie steuern. Insbesondere kann hierbei ein nicht vollständig gefüllter elektrischer Energiespeicher aufgefüllt werden. Vorteilhafterweise stellt sich mit einer erhöhten Entnahme von Wasserstoff aus dem Wasserstofftank in letzterem eine tiefere Temperatur ein, so dass eine größere Menge von Wasserstoff nachgetankt, d. h. in den Wasserstofftank eingebracht werden kann, indem bei bzw. nach dem Betanken der Wasserstoff im Tank eine höhere Dichte aufweist. Selbstverständlich kann die durch die erhöhte Entnahme von Wasserstoff aus dem Tank erhöhte Menge von elektrischer Energie auch anderweitig als zum Befüllen eines elektrischen Energiespeichers verwendet werden bzw. es kann mit der erhöhten Wasserstoffentnahme auch eine anderes System des Fahrzeugs, beispielsweise der Kühlkreislauf geeignet konditioniert werden.In terms of an advantageous development, the electronic control unit can control the operation of the fuel cell system with respect to an advantageous filling state of the hydrogen tank and / or a memory for electrical energy generated by the fuel cell system until the initiation of the shutdown. In particular, in this case a not completely filled electrical energy storage can be filled. Advantageously, with an increased removal of hydrogen from the hydrogen tank in the latter a lower temperature, so that a larger amount of hydrogen refueled, d. H. can be introduced into the hydrogen tank by at or after refueling, the hydrogen in the tank has a higher density. Of course, the increased by the removal of hydrogen from the tank increased amount of electrical energy can also be used elsewhere as for filling an electrical energy storage or it can be suitably conditioned with the increased hydrogen extraction and another system of the vehicle, such as the cooling circuit.
Weiterhin kann die elektronische Steuereinheit eine Fahrer-Information dahingehend bereit stellen, ob eine Betankung mit CGH2 (= gasförmiger Wasserstoff unter hohem Druck) oder CcH2 (= tiefkalter Wasserstoff unter überkritischem Druck) vorteilhafter ist, wobei als Randbedingungen insbesondere die aktuelle Temperatur und der aktuelle Druck im Wasserstofftank berücksichtigt werden. Weiterhin kann die noch zu befahrende Reststrecke bei dieser Empfehlung von großem Einfluss sein, indem eine mögliche Tankdruck-Steigerung nach Abstellen des Fahrzeugs berücksichtigt werden kann, die dann möglicherweise ein Abblasen einer geringen Teilmenge von getanktem Wasserstoffnotwendig machen könnte. Im Übrigen kann das erfindungsgemäße Verfahren sowie eine beschriebene Weiterbildung hiervon auch ohne Betankungsempfehlung durch die elektronische Steuereinheit durchgeführt werden, nachdem der Fahrer anstelle der weiter oben genannten Bestätigung der elektronischen Steuereinheit geeignet mitgeteilt hat, dass er beabsichtigt, einen Betankungsvorgang durchzuführen. Weiterhin wird vorliegend auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beansprucht, die eine entsprechend ausgelegte elektronische Steuereinheit aufweist.Furthermore, the electronic control unit can provide driver information as to whether refueling with CGH2 (= gaseous hydrogen under high pressure) or CcH2 (= cryogenic hydrogen under supercritical pressure) is more advantageous, the boundary conditions being in particular the current temperature and the actual pressure be taken into account in the hydrogen tank. Furthermore, the remaining distance still to be traveled in this recommendation can be of great influence, by taking into account a possible increase in tank pressure after the vehicle has been turned off, which could then possibly necessitate a blow-off of a small subset of fueled hydrogen. Incidentally, the method according to the invention and a further development thereof described can also be carried out without refueling recommendation by the electronic control unit, after the driver has appropriately informed the electronic control unit instead of the above-mentioned confirmation that he intends to carry out a refueling operation. Furthermore, in the present case, a device for carrying out the method is claimed which has a correspondingly designed electronic control unit.
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