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DE102016206512A1 - Vehicle and method for operating a vehicle - Google Patents

Vehicle and method for operating a vehicle Download PDF

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DE102016206512A1
DE102016206512A1 DE102016206512.2A DE102016206512A DE102016206512A1 DE 102016206512 A1 DE102016206512 A1 DE 102016206512A1 DE 102016206512 A DE102016206512 A DE 102016206512A DE 102016206512 A1 DE102016206512 A1 DE 102016206512A1
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DE
Germany
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stack
predicted
power
vehicle
net
Prior art date
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Pending
Application number
DE102016206512.2A
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German (de)
Inventor
Alexander Weß
Marc Düvel
Hendrik Schröder
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Audi AG
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betriff ein Fahrzeug (200) mit einem Brennstoffzellensystem (100), aufweisend einen Brennstoffzellenstapel (10) zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung Pstack, zumindest ein Nebenaggregat (24, 26, 33, 34, 38) mit elektrischer Leistungsaufnahme Paux zum Betrieb des Brennstoffzellenstapels (10) und eine Nettoleistung Pnetto = Pstack – Paux. Das Fahrzeug weist ferner zumindest einen Verbraucher (44, 51) mit einer von einem Stellwert x(t) abhängigen elektrischen Leistungsanfrage Puse und eine Steuereinheit (60) auf. Die Steuereinheit (60) ist dafür eingerichtet aus über einen bestimmten Zeitraum erfassten Werten des Stellwerts x(tvi) einen Verlauf des erfassten Stellwerts und einen prognostizierten Stellwert x*(tzi) zu ermitteln, aus dem prognostizierten Stellwert x*(tzi) eine prognostizierte Leistungsanfrage und damit eine prognostizierte Stapelleistung zu ermitteln. Die Steuereinheit ist ferner dafür eingerichtet, eine aktuelle Stapelleistung Pstack(t) um – Pstack(t) zu erhöhen.The invention relates to a vehicle (200) having a fuel cell system (100), comprising a fuel cell stack (10) for providing an electrical power Pstack, at least one auxiliary unit (24, 26, 33, 34, 38) with electrical power consumption Paux for operating the fuel cell stack (10) and a net performance Pnetto = Pstack - Paux. The vehicle also has at least one consumer (44, 51) with an electrical power request Puse dependent on a control value x (t) and a control unit (60). The control unit (60) is set up to determine a course of the detected manipulated variable and a predicted manipulated variable x * (tzi) from values of the manipulated variable x (tvi) acquired over a specific period, a predicted power request from the predicted manipulated variable x * (tzi) and thus to determine a predicted stack performance. The control unit is further configured to increase a current stacking power Pstack (t) by - Pstack (t).

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, aufweisend ein Brennstoffzellensystem, und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Fahrzeugs.The invention relates to a vehicle, comprising a fuel cell system, and a method for operating such a vehicle.

Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthalten Brennstoffzellen als Kernkomponente die sogenannte Membran-Elektroden-Anordnung (MEA für membrane electrode assembly), die ein Gefüge aus einer ionenleitenden (meist protonenleitenden) Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten katalytischen Elektrode (Anode und Kathode) ist.Fuel cells use the chemical transformation of a fuel with oxygen to water to generate electrical energy. For this purpose, fuel cells contain as a core component the so-called membrane electrode assembly (MEA for membrane electrode assembly), which is a microstructure of an ion-conducting (usually proton-conducting) membrane and in each case on both sides of the membrane arranged catalytic electrode (anode and cathode).

In der Regel wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl im Stapel (stack) angeordneter MEA gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Zwischen den einzelnen Membran-Elektroden-Anordnungen sind in der Regel Bipolarplatten (auch Flussfeld- oder Separatorplatten genannt) angeordnet, welche eine Versorgung der Einzelzellen mit den Betriebsmedien, also den Reaktanten, sicherstellen und üblicherweise auch der Kühlung dienen. Zudem sorgen die Bipolarplatten für einen elektrisch leitfähigen Kontakt zu den Membran-Elektroden-Anordnungen.As a rule, the fuel cell is formed by a multiplicity of stacked MEAs whose electrical powers add up. As a rule, bipolar plates (also called flow field plates or separator plates) are arranged between the individual membrane electrode assemblies, which ensure that the individual cells are supplied with the operating media, ie the reactants, and are usually also used for cooling. In addition, the bipolar plates provide an electrically conductive contact to the membrane-electrode assemblies.

Die von einem Brennstoffzellenstapel abgegebene elektrische Leistung Pstack hängt in der Regel von einer an den Brennstoffzellenstapel gestellten Leistungsanfrage Puse, das heißt der aktuellen Tiefe einer nachgeschalteten Stromsenke, sowie den dem Brennstoffzellenstapel zugeführten Betriebsmittelströmen, insbesondere dem Kathoden- und Anodenbetriebsstrom, ab. Bei der Nutzung eines Brennstoffzellenstapels zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung ist ferner zu berücksichtigen, dass zum Betrieb eines Brennstoffzellenstapels eine Mehrzahl von Nebenaggregaten notwendig ist, die ebenfalls eine elektrische Leistung Paux verbrauchen.The output from a fuel cell stack electric power P stack usually depends on a given to the fuel cell power request P use , that is, the current depth of a downstream current sink, and the fuel cell stack supplied resource streams, in particular the cathode and anode operating current from. When using a fuel cell stack for providing an electrical power is also to be considered that for the operation of a fuel cell stack, a plurality of ancillaries is necessary, which also consume an electric power P aux .

Je nach Brennstoffzellensystem kann die Mehrzahl der Nebenaggregate zumindest eines von einem Luftverdichter, Rezirkulationsgebläse, Kühlwasserpumpe, Ventile, Sensoren, etc. aufweisen. Die Leistungsaufnahme dieser Komponenten kann als parasitäre Leistungsaufnahme Paux bezeichnet werden, da sie zwar durch den Brennstoffzellenstapel bereitgestellt werden muss, jedoch nicht für externe Verbraucher zur Verfügung steht. Die für externe Verbraucher zur Verfügung stehende Nettoleistung des Brennstoffzellensystems Pnetto ergibt sich somit als Differenz der vom Stapel erzeugten elektrischen Leistung Pstack und der parasitären Leistungsaufnahme Paux. Die für externe Verbraucher (beispielsweise für den elektrischen Antrieb) zur Verfügung stehende Nettoleistung gemäß Pnetto = Pstack – Paux liegt somit stets unterhalb der Leistung des Brennstoffzellenstapels Pstack.Depending on the fuel cell system, the plurality of ancillaries may include at least one of an air compressor, recirculation fan, cooling water pump, valves, sensors, etc. The power consumption of these components can be referred to as parasitic power consumption P aux , since it must be provided by the fuel cell stack, but is not available for external consumers. The net power of the fuel cell system P net available for external consumers thus results as a difference between the electric power P stack generated by the stack and the parasitic power consumption P aux . The standing for external loads (such as for the electric drive) available net power according to P = P net stack - P aux is thus always below the performance of the fuel cell stack P stack.

Ein mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattetes Fahrzeug weist in der Regel eine Steuereinheit für den Betrieb des Brennstoffzellensystems, insbesondere von dessen Anoden- und Kathodenversorgung, auf. Die Steuereinheit erfasst als Stellwert in der Regel eine von dem Fahrer des Fahrzeugs angeforderte Fahrleistung PW, beispielsweise aus der Stärke einer Fahrpedalbetätigung. Diese angeforderte Fahrleistung kann auch als Leistungswunsch bezeichnet werden. Zudem kann sie Leistungsanfragen weiterer elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs, beispielsweise einer Klimaanlage, erfassen. In Abhängigkeit dieser Eingangsgrößen, insbesondere der angeforderten Fahrleistung PW, ermittelt die Steuereinheit unmittelbar eine vom Brennstoffzellenstapel bereitzustellende Leistung Pstack oder zunächst eine bereitzustellende Nettoleistung Pnetto.A vehicle equipped with a fuel cell system generally has a control unit for operating the fuel cell system, in particular its anode and cathode supply. The control unit detects as a control value usually requested by the driver of the vehicle driving power P W , for example, the strength of an accelerator pedal operation. This requested driving performance can also be described as a desired performance. In addition, it can capture power requests of other electrical consumers of the vehicle, such as an air conditioner. In response to these input variables, in particular the requested driving power P W , the control unit immediately determines a power P stack to be provided by the fuel cell stack or, initially, a net power P net to be provided .

Wird aus der Leistungsanfrage des zumindest einen Verbrauchers unmittelbar eine bereitzustellende Leistung Pstack ermittelt, wird von dem Brennstoffzellenstapel tatsächlich eine Nettoleistung Pnetto abgegeben, welche um die Leistungsaufnahme zumindest eines Nebenaggregats Paux reduziert ist (Pnetto = Pstack – Paux). Durch Ermitteln der vom Stapel abgegebenen Nettoleistung, beispielsweise durch Messen des vom Stapel abgegebenen Stroms, kann die von dem Brennstoffzellenstapel angeforderte Leistung nachgeregelt werden, bis die abgegebene Nettoleistung der Leistungsanfrage entspricht. Alternativ ermittelt die Steuereinheit eine zum Bereitstellen einer Stapelnettoleistung in Höhe der Leistungsanfrage notwendige Leistungsaufnahme Paux des zumindest einen Nebenaggregats, beispielsweise mittels eines Kennfelds (LUT), und schließlich die insgesamt vom Brennstoffzellenstapel anzufordernde Leistung Pstack gemäß Pstack = Pnetto + Paux. Anhand der bereitzustellenden Stapelleistung Pstack ermittelt die Steuereinheit aus Berechnungen oder abgespeicherten Kennfeldern die erforderlichen Massenströme und/oder Betriebsdrücke des Anoden- und Kathodenbetriebsmediums und steuert oder regelt die Nebenaggregate des Brennstoffzellensystems entsprechend an, insbesondere einen Verdichter zur Versorgung der Kathodenseite mit Luft sowie Stellmittel zur Versorgung der Anodenseite mit Wasserstoff. Im Sinne dieser Anmeldung ist die Steuereinheit als eine Funktionseinheit zu verstehen, wobei die Implementierung der Funktionen in Bauteilen zur Fahrzeugsteuerung und/oder in Bauteilen des Brennstoffzellensystems erfolgen kann.If a power P stack to be provided is determined directly from the power request of the at least one consumer, a net power P net is actually output from the fuel cell stack which is reduced by the power consumption of at least one auxiliary unit P aux (P net = P stack -P aux ). By determining the net power output from the stack, for example by measuring the current delivered by the stack, the power requested by the fuel cell stack can be readjusted until the delivered net power meets the power request. Alternatively, the control unit determines a power consumption P aux of the at least one ancillary unit necessary for providing a stacking capacity in the amount of the power request, for example by means of a characteristic map (LUT), and finally the total power P stack to be requested by the fuel cell stack according to P stack = P net + P aux . Based on the stacking power P stack to be provided, the control unit calculates or stores the required mass flows and / or operating pressures of the anode and cathode operating medium and controls or regulates the ancillaries of the fuel cell system accordingly, in particular a compressor for supplying the cathode side with air and adjusting means for supply the anode side with hydrogen. For the purposes of this application, the control unit is as a functional unit too understand, with the implementation of the functions in components for vehicle control and / or in components of the fuel cell system can take place.

Bekannte Brennstoffzellensysteme weisen in der Regel eine gewisse Trägheit bei der Bewältigung großer Leistungsanfragen, beispielsweise beim plötzlichen Beschleunigen eines brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugs, auf. Die Trägheit resultiert zum einen aus der Trägheit der zu bewegenden Betriebsmittelmasseströme sowie aus der Massenträgheit der Nebenaggregate selbst. Beispielsweise muss der kathodenseitige Verdichter zum Fördern des angeforderten, erhöhten Kathodenbetriebsmittelstroms stark beschleunigt werden. Aufgrund dieser Beschleunigung steigt auch die elektrische Leistungsaufnahme des zumindest einen Nebenverbrauchers Paux bis zu einem lokalen Maximum an. Dadurch weist die Nutzleistung Pnetto des Brennstoffzellenstapels im Vergleich zur Stapelleistung Pstack ein lokales Minimum auf.Known fuel cell systems typically have some inertia in dealing with large power requests, such as sudden acceleration of a fuel cell powered vehicle. The inertia results, on the one hand, from the inertia of the operating mass flows to be moved and from the inertia of the ancillary components themselves. For example, the cathode-side compressor must be greatly accelerated in order to convey the required increased cathode operating medium flow. Due to this acceleration, the electrical power consumption of the at least one secondary consumer P aux increases up to a local maximum. As a result, the net power P net of the fuel cell stack has a local minimum compared to the stack power P stack .

Das Brennstoffzellensystem kann zudem beim Erzeugen einer Leistungsanfrage Puse eines verbundenen Verbrauchers eine gewisse Trägheit aufweisen. Die Leistungsanfrage Puse wird in der Regel mittels einer Übertragungsfunktion aus einem zeitabhängigen Stellwert ermittelt. Fordert beispielsweise ein Fahrer mittels eines Pedalwerts eine maximale Beschleunigung eines stehenden Fahrzeugs an, fungiert der Pedalwert zunächst als Stellwert für eine Drehmomentanforderung Muse. Die Leistungsanfrage Puse eines Elektromotors bestimmt sich gemäß Puse = 2·π·Muse·n·η und hängt somit auch von einer aktuellen Motordrehzahl ab. Somit steigt die Leistungsanfrage des Elektromotors mit Zunahme der Motordrehzahl und ist somit gegenüber dem Stellwert beziehungsweise der Drehmomentanforderung verzögert.The fuel cell system may also have some inertia in generating a power request P use of an associated consumer. The power request P use is usually determined by means of a transfer function from a time-dependent control value. For example, if a driver requests a maximum acceleration of a stationary vehicle by means of a pedal value, the pedal value initially acts as a control value for a torque request M use . The power request P use of an electric motor is determined according to P use = 2 · π · M use · n · η and thus also depends on a current engine speed. Thus, the power request of the electric motor increases with increase in the engine speed and is thus delayed from the manipulated value or the torque request.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein von einem Brennstoffzellensystem betriebenes Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betrieb desselben vorzuschlagen, wobei die Trägheit beim Erhöhen einer vom Brennstoffzellenstapel bereitgestellten Leistung Pstack als Reaktion auf eine erhöhte Leistungsanfrage reduziert ist.It is an object of the present invention to overcome the shortcomings of the prior art and to propose a fuel cell system powered vehicle and method of operation, wherein inertia reduces the increase in fuel cell stack power P stack in response to an increased power request is.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Fahrzeugs mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.The object is achieved by a vehicle and a method for operating such a vehicle having the features of the independent claims.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem, aufweisend einen Brennstoffzellenstapel zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung Pstack, zumindest ein Nebenaggregat mit elektrischer Leistungsaufnahme Paux zum Betrieb des Brennstoffzellenstapels und eine Nettoleistung Pnetto = Pstack – Paux. Das Fahrzeug weist darüber hinaus zumindest einen Verbraucher und eine Steuereinheit auf. Der zumindest eine Verbraucher stellt im Betrieb des Fahrzeugs eine elektrische Leistungsanfrage an den Brennstoffzellenstapel, die von einem Stellwert x(t) abhängt.The object according to the invention is achieved by a vehicle having a fuel cell system, comprising a fuel cell stack for providing an electrical power P stack , at least one accessory with electrical power consumption P aux for operating the fuel cell stack and a net power P net = P stack -P aux . The vehicle also has at least one consumer and a control unit. During operation of the vehicle, the at least one consumer makes an electrical power request to the fuel cell stack, which depends on a manipulated variable x (t).

Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit dafür eingerichtet, über einen bestimmten Zeitraum Werte des Stellwerts zu erfassen oder anderweitig erfasste Stellwerte einzulesen. Die Steuereinheit ist ferner dafür eingerichtet, einen Verlauf des Stellwerts zu ermitteln und anhand des aktuellen Werts x(t) des Stellwerts und des ermittelten Verlaufs des Stellwerts für einen zukünftigen Zeitpunkt tzl einen prognostizierten Stellwert x*(tzl) zu ermitteln. Die Steuereinheit ist ferner dafür eingerichtet, anhand des prognostizierten Stellwerts eine prognostizierte Leistungsanfrage P*use des zumindest einen Verbrauchers zu ermitteln.According to the invention, the control unit is set up to detect values of the control value over a certain period of time or to read in otherwise detected control values. The control unit is further configured to determine a course of the control value and to use the current value x (t) of the control value and the determined curve of the control value for a future time t zl to determine a predicted control value x * (t zl ). The control unit is further configured to use the predicted control value to determine a predicted power request P * use of the at least one consumer.

Ohne darauf beschränkt zu sein, handelt es sich bei dem Verlauf des Stellwerts bevorzugt um den Gradienten x .(t) des Stellwerts. Die Steuereinheit ist ebenfalls dafür bevorzugt, aus den erfassten Werten des Stellwerts einen Verlauf des Stellwerts mittels Regressionsanalyse, beispielsweise mittels Polynomfunktionen n-ter Ordnung, mittels gleitendem Durchschnitt und/oder mittels Vergleich mit abgespeicherten Verlaufsmustern zu bestimmen. Aus Gründen der Anschaulichkeit wird im Folgenden der Verlauf des Stellwerts anhand des Gradienten des erfassten Stellwerts erläutert, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Bevorzugt ist die Steuereinheit dafür eingerichtet anhand des aktuellen Werts x(t) des Stellwerts und des ermittelten Gradienten x .(t) des Stellwerts für einen zukünftigen Zeitpunkt tzl einen prognostizierten Stellwert x*(tzl) zu ermitteln.Without being limited thereto, the course of the manipulated variable is preferably the gradient x (t) of the manipulated variable. The control unit is likewise preferred for determining from the detected values of the manipulated variable a course of the manipulated variable by means of regression analysis, for example by means of polynomial functions of the nth order, by means of a moving average and / or by comparison with stored progression patterns. For reasons of clarity, the course of the manipulated variable based on the gradient of the detected manipulated variable is explained below, but without being limited thereto. The control unit is preferably set up on the basis of the current value x (t) of the control value and of the determined gradient x. (T) of the control value for a future time t zl to determine a predicted control value x * (t zl ).

Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit dafür eingerichtet, anhand von P*use eine prognostizierte Stapelleistung P*stack zu ermitteln und die aktuelle Stapelleistung Pstack(t) um ΔPstack = P*stack-Pstack(t) auf die prognostizierte Stapelleistung P*stack zu erhöhen. Bevorzugt ist die Steuereinheit dafür eingerichtet, eine prognostizierte Stapelleistung P*stack = P*aux + P*netto zu ermitteln. Dabei entspricht die prognostizierte Nettoleistung P*netto der prognostizierten Leistungsanfrage P*use und wird die prognostizierte Leistungsaufnahme des zumindest einen Nebenaggregats P*aux in Abhängigkeit der prognostizierten Nettoleistung P*netto ermittelt, beispielsweise aus einem Kennfeld. Die Steuereinheit ist dann dafür eingerichtet, die aktuelle Stapelleistung Pstack um ΔPstack = P*stack – Pstack(t) auf die prognostizierte Stapelleistung P*stack = P*netto + P*aux zu erhöhen.According to the invention, the control unit is set up to determine a predicted stack power P * stack on the basis of P * use and to increase the current stack power P stack (t) by ΔPstack = P * stack -P stack (t) to the predicted stack power P * stack , The control unit is preferably set up to determine a predicted stacking power P * stack = P * aux + P * net . The predicted net power P * net corresponds to the predicted power request P * use and the predicted power consumption of the at least one auxiliary unit P * aux is determined as a function of the predicted net power P * net , for example from a performance map. The control unit is then configured to increase the current stack power P stack by ΔP stack = P * stack -P stack (t) to the predicted stack power P * stack = P * net + P * aux .

Im Betrieb des Brennstoffzellensystems des Fahrzeugs wird in Abhängigkeit eines aktuellen Stellwerts mittels zumindest einer Übertragungsfunktion eine aktuelle Leistungsanfrage des zumindest einen Verbrauchers ermittelt. Beispielsweise kann aus einem Pedalwert zunächst eine Drehmomentanforderung und daraus eine elektrische Leistungsanfrage eines Elektromotors bestimmt werden. Anschließend wird eine Stapelleistung ermittelt, die notwendig ist, um diese Leistungsanfrage zu erfüllen. Wird diese Stapelleistung vom Brennstoffzellenstapel angefragt, stellt dieser bevorzugt eine der Leistungsanfrage entsprechende Nettoleistung bereit. Die erfindungsgemäße Steuereinheit ist für dieses Ermitteln der elektrischen Leistungsanfrage aus dem Stellwert eingerichtet. Besonders bevorzugt werden die in diesem Zusammenhang genutzte(n) Übertragungsfunktion(en) auch zum Ermitteln der prognostizierten Leistungsanfrage P*use aus dem prognostizierten Stellwert x*(tzl) genutzt. Indem mittels der prognostizierten Leistungsanfrage frühzeitig eine erhöhte Stapelleistung angefragt wird, steht diese beim Erhöhen des aktuellen Stellwerts beziehungsweise der aktuellen Leistungsanfrage vorteilhaft bereits zur Verfügung. During operation of the fuel cell system of the vehicle, a current power request of the at least one load is determined as a function of a current control value by means of at least one transmission function. For example, from a pedal value first a torque request and therefrom an electric power request of an electric motor can be determined. Subsequently, a stacking power is determined which is necessary to fulfill this power request. If this stacking power is requested by the fuel cell stack, it preferably provides a net power corresponding to the power request. The control unit according to the invention is set up for this determination of the electrical power request from the control value. Particularly preferably, the transfer function (s) used in this context are also used to determine the predicted service request P * use from the predicted manipulated variable x * (t zl ). By requesting an increased stacking capacity at an early stage by means of the predicted power request, this is advantageously already available when increasing the current control value or the current power request.

In einem erfindungsgemäßen Fahrzeug ist die Trägheit beim Erhöhen der einem Verbraucher des Fahrzeugs, beispielsweise dem Elektromotor, vom Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellten Leistung minimiert. Die Prognose des Stellwerts, der am Beginn einer vom Fahrerwunsch bis zum Radmoment reichenden Signalkette steht, setzt dabei unmittelbar am Fahrerwunsch an. Im Vergleich zu Prognosen, die auf vergangenen Leistungsanfragen oder Stapelleistungen basieren, geht somit eine systemimmanente Trägheit beim Erstellen der Leistungsanfrage oder beim Bereitstellen der Stapelleistung nicht in die Prognose der Stapelleistung ein. Das Brennstoffzellensystem stellt dem erfindungsgemäßen Fahrzeug eine Stapelleistung aufgrund einer auf einem prognostizierten Stellwert beruhenden prognostizierten Leistungsanfrage bereit, bevor die Leistungsanfrage durch Einstellen des Stellwerts tatsächlich abgefragt wird. Im Zeitpunkt der Stellwertänderung und der Erhöhung der Leistungsanfrage stellt der Brennstoffzellenstapel die Zielleistung somit vorteilhaft bereits bereit.In a vehicle according to the invention, the inertia is minimized when increasing the power provided to a consumer of the vehicle, for example the electric motor, by the fuel cell system. The prediction of the manipulated variable, which is at the beginning of a signal chain extending from the driver's request to the wheel moment, starts directly at the driver's request. Thus, compared to forecasts based on past power requests or stacking performances, system inherent inertia in creating the power request or providing the stack power is not included in the stack power forecast. The fuel cell system provides the vehicle of the invention with a stacking power based on a predicted power request based on a predicted manipulated variable before the power request is actually polled by adjusting the setpoint. At the time of changing the control value and increasing the power request, the fuel cell stack thus advantageously already provides the target power.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist die Steuereinheit ferner dafür eingerichtet, vor dem Erhöhen der Stapelleistung um ΔPstack eine prognostizierte maximale Leistungsaufnahme Paux max des zumindest einen Nebenaggregats beim Erhöhen der Stapelleistung um ΔPstack und, mit Paux max + Pnetto(t)= Pnetto im und Paux im = f(Pnetto im), eine Übergangsstapelleistung Pstack im = Pnetto im + Paux im zu ermitteln und die aktuelle Stapelleistung Pstack(t) zunächst auf Pstack im und anschließend um ΔPstack im = P*stack – Pstack im zu erhöhen.In a preferred embodiment of the vehicle according to the invention, the control unit is further configured, before increasing the stacking capacity by ΔP stack, a predicted maximum power consumption P aux max of the at least one accessory when increasing the stacking capacity by ΔP stack and, with P aux max + P net ( t) = P net in and P aux im = f (P net in ), to determine a transition stack performance P stack in = P net in + P aux im and the current stack power P stack (t) first to P stack in and then around ΔP stack in = P * stack - P stack in increase.

Die Steuereinheit des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist demnach bevorzugt dafür eingerichtet vor dem Erhöhen der Stapelleistung um ΔPstack eine hierfür notwendige prognostizierte maximale Leistungsaufnahme Paux max des zumindest einen Nebenaggregats zu ermitteln. Mit anderen Worten berechnet die Steuereinheit ein Maximum der Leistungsaufnahme des zumindest einen Nebenaggregats beim Erhöhen der Stapelleistung um ΔPstack, das heißt von der aktuellen auf die prognostizierte Stapelleistung, oder liest dieses aus einem Kennfeld aus. Die tatsächliche Stapelleistung wird dabei zunächst nicht erhöht. Die Steuereinheit setzt dann die Summe von der prognostizierte maximale Leistungsaufnahme Paux max und einer aktuellen Stapelnettoleistung Pnetto(t) als eine prognostizierte Übergangsstapelnettoleistung Pnetto im und ermittelt eine Übergangsstapelleistung Pstack im = Pnetto im + Paux im, indem sie eine Übergangsleistungsaufnahme des zumindest einen Nebenaggregats Paux im in Abhängigkeit von Pnetto im berechnet oder aus einem Kennfeld ausliest.The control unit of the vehicle according to the invention is thus preferably adapted before raising the stack power to .DELTA.P stack a required for this predicted maximum power P max of the aux to determine at least one secondary assembly. In other words, the control unit calculates a maximum of the power consumption of the at least one auxiliary unit when increasing the stacking capacity by ΔP stack , that is from the current to the predicted stacking capacity, or reads it from a characteristic field. The actual stacking capacity is initially not increased. The control unit then sets the sum of the predicted maximum power P aux max and a current stack net power P net (t) as a predicted transition stack net power P net in and determines a transition stack power P stack in = P net in the + P aux in by a transitional power consumption of the at least one accessory P aux im as a function of P net in calculated or read from a map.

Gemäß dieser Ausführungsform ist die Steuereinheit ferner dafür eingerichtet, die aktuelle Stapelleistung Pstack(t) zunächst auf die Übergangsstapelleistung Pstack im und erst anschließend auf die prognostizierte Stapelleistung P*stack zu erhöhen. Bevorzugt erhöht die Steuereinrichtung die Stapelleistung frühestens dann auf P*stack, wenn als Reaktion auf die Anfrage der Stapelleistung Pstack im eine Übergangsstapelnettoleistung Pnetto im bereitgestellt wird, die der Summe aus der prognostizierten maximalen Leistungsaufnahme Paux max und einer bereits zuvor benötigten Stapelnettoleistung Pnetto(t < tim) tatsächlich entspricht. Vorteilhaft wird gemäß dieser Ausführungsform ein lokales Minimum der Stapelnettoleistung beim Erhöhen der Stapelleistung von Pstack im auf die prognostizierte Stapelleistung P*stack vermieden. Vorteilhaft ist eine mit dem Hochfahren zumindest eines Nebenaggregats verbundene Trägheit beim Erhöhen einer angefragten Stapelleistung deutlich reduziert.According to this embodiment, the control unit is further configured to first increase the current stack power P stack (t) to the transition stack power P stack im and then to the predicted stack power P * stack . Preferably, the controller increases the stack power to P * stack at the earliest when responsive to the request for stack power P stack in a transition stack net power P net in which is the sum of the projected maximum power consumption P aux max and a previously required stacking power P net (t <t im ) actually corresponds. A local minimum of the stack net power in increasing the stack power of P in the stack on the predicted stack power P * stack is advantageously avoided according to this embodiment. Advantageously, inertia associated with starting up at least one ancillary unit when increasing a requested stacking capacity is significantly reduced.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Prognose von Paux max und Pstack im und das gestufte Erhöhen der Stapelleistung rekursiv durchzuführen. Das heißt, die Steuereinheit ermittelt zumindest eine zweite prognostizierte maximale Leistungsaufnahme P*aux max des zumindest einen Nebenaggregats beim Erhöhen der aktuellen Stapelleistung auf Pstack im und daraus zumindest eine zweite prognostizierte Stapelübergangsleistung P*stack im, wie obenstehend beschrieben. Anschließend erhöht die Steuereinheit die aktuelle Stapelleistung zunächst auf P*stack im, dann auf Pstack im und schließlich auf P*stack. Somit wird ein deutlich linearisierter und beschleunigter Anstieg der Stapelnettoleistung als Folge der prognostizierten Leistungsanfrage P*use erzielt.According to a particularly preferred embodiment, the control unit is configured to recursively perform the prediction of P aux max and P stack in and the step increase of the stack performance. That is, the controller determines at least a second predicted maximum power consumption P * aux max of the at least one accessory when increasing the current stack power to P stack in and deriving therefrom at least a second predicted stack transition power P * stack im , as described above. Subsequently, the control unit increases the current stacking power first to P * stack in , then to P in and finally to stack P * stack . Thus, a significantly linearized and accelerated increase in stacking horsepower is achieved as a result of the predicted power request P * use .

Ebenfalls bevorzugt handelt es sich bei dem Stellwert x(t) um eine fahrerspezifische Größe, das heißt um eine Größe, die einen Fahrerwunsch bezüglich einer Leistungsanfrage an den zumindest einen Verbraucher wiederspiegelt. Bei dem Stellwert x(t) handelt es sich besonders bevorzugt um einen Pedalwinkel oder einen Pedalwinkelgradienten, der beispielsweise mittels eines Pedalwertgebers erfasst und von der Steuereinheit eingelesen wird. Ebenfalls bevorzugt kann es sich bei dem zumindest einen Stellwert um eine von einem Tempomaten oder einer anderen Vorrichtung zur Geschwindigkeitsregulation eines Fahrzeugs ausgegebene Größe, beispielsweise in Abhängigkeit von Abständen zu anderen Fahrzeugen oder Fahrbahnmarkierungen, handeln.Also preferably, the manipulated variable x (t) is a driver-specific variable, that is to say a quantity that reflects a driver's request regarding a power request to the at least one consumer. The manipulated variable x (t) is particularly preferably a pedal angle or a pedal angle gradient which is detected, for example, by means of a pedal value transmitter and read in by the control unit. Likewise, the at least one manipulated variable may also be a variable output by a cruise control or another device for speed regulation of a vehicle, for example as a function of distances to other vehicles or road markings.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist die Steuereinheit ferner dafür eingerichtet, die prognostizierte Leistungsanfrage P*use in Abhängigkeit von dem prognostizierten Stellwert x*(tzl) und in Abhängigkeit von zumindest einem Fahrzeugparameter zu ermitteln. Bei dem Fahrzeugparameter kann es sich um einen aktuellen und/oder einen prognostizierten Fahrzeugparameter handeln. Eine prognostizier Stellwert x*(tzl) kann somit je nach Fahrzeugzustand zu unterschiedlichen prognostizierten Leistungsanfragen P*use(tzl) führen. Somit kann die Prognosegenauigkeit hinsichtlich einer zum zukünftigen Zeitpunkt tzl tatsächlich gestellten Leistungsanfrage verbessert werden.In a preferred embodiment of the vehicle according to the invention, the control unit is further configured to determine the predicted power request P * use as a function of the predicted control value x * (t zl ) and as a function of at least one vehicle parameter . The vehicle parameter may be a current and / or a predicted vehicle parameter. A predicted manipulated variable x * (t zl ) can thus lead to different predicted power requests P * use (t zl ) depending on the vehicle state. Thus, the prediction accuracy can be improved with respect to a power request actually made at the future time t zl .

Besonders bevorzugt weist der zumindest eine Verbraucher des Brennstoffzellensystems einen Elektromotor auf und handelt es sich bei dem aktuellen Fahrzeugparameter um dessen Drehzahl n. Die Leistungsanfrage eines Elektromotors ist eine Funktion von dessen aktueller Drehzahl und dessen aktuellem Drehmoment. Somit kann durch Heranziehen der aktuellen Drehzahl eines Elektromotors ein prognostizierter Stellwert, beispielsweise eine prognostizierte Pedalstellung, unterschiedlich ausgelegt werden, das heißt, zu unterschiedlichen prognostizierten Leistungsanfragen führen. Der aktuelle Fahrzeugparameter ist ebenfalls bevorzugt eine Raddrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Fahrzeugbeschleunigung. Diese Parameter sind ohne Weiteres in die Drehzahl oder den Drehzahlgradienten des Elektromotors überführbar und lassen die bereits beschriebenen Rückschlüsse zu.Particularly preferably, the at least one consumer of the fuel cell system has an electric motor and the current vehicle parameter is its rotational speed n. The power request of an electric motor is a function of its current rotational speed and its current torque. Thus, by using the current speed of an electric motor, a predicted control value, for example a predicted pedal position, can be designed differently, that is, lead to different predicted power requests. The current vehicle parameter is also preferably a wheel speed, vehicle speed and / or vehicle acceleration. These parameters are readily convertible into the speed or the speed gradient of the electric motor and allow the conclusions already described.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit ferner dafür eingerichtet, einen prognostizierten Fahrzeugparameter, beispielsweise n*(tzl) in die Bestimmung einer prognostizierten Leistungsanfrage P*use(tzl) mittels eines prognostizierten Stellwerts x*(tzl) einfließen zu lassen. Bevorzugt wird ein prognostizierter Fahrzeugparameter, beispielsweise ein prognostiziertes Motordrehmoment, anhand eines Verlaufs, besonders bevorzugt eines Gradienten, erfasster Werte, beispielsweise anhand erfasster Drehmomente oder erfasster Drehzahlen und Leistungswerte, ermittelt. Beispielsweise führt ein prognostizierter Stellwert zu einer stärkeren Steigerung der prognostizierten Leistungsanfrage, wenn die kürzlich erfassten Drehmomente stark ansteigend und nicht konstant waren.In a likewise preferred embodiment, the control unit is further configured to incorporate a predicted vehicle parameter , for example n * (t zl ), into the determination of a predicted power request P * use (t zl ) by means of a predicted control value x * (t zl ). A predicted vehicle parameter, for example a predicted engine torque, is preferably determined on the basis of a profile, particularly preferably of a gradient, of detected values, for example on the basis of detected torques or detected rotational speeds and power values. For example, a predicted setpoint results in a greater increase in the predicted power request if the recently detected torques were sharply increasing and not constant.

Ebenfalls bevorzugt erfolgt die Prognose des zumindest einen Fahrzeugparameters anhand von aktuellen und/oder prognostizierten Umgebungsdaten. Aktuelle Umgebungsdaten werden bevorzugt mittels zumindest eines Sensors, beispielsweise einer Kamera oder eines Gyroskops, erfasst. Prognostizierte Umgebungsdaten werden bevorzugt aus Navigationsdaten, insbesondere einem zu erwartenden Streckenprofil, ermittelt.The prediction of the at least one vehicle parameter likewise preferably takes place on the basis of current and / or predicted environmental data. Current environmental data is preferably detected by means of at least one sensor, for example a camera or a gyroscope. Predicted environmental data are preferably determined from navigation data, in particular an expected route profile.

Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Umgebungsdaten um eine Fahrbahnsteigung oder einen Kurvenradius. Bei einem Gefälle wird eine bestimmte Rad- und Motordrehzahl früher erreicht als auf einer ebenen Strecke. Eine prognostizierte Leistungsanfrage P*use muss als Reaktion auf einen bestimmten prognostizierten Stellwert x*(t) somit schneller steigen als auf ebener Strecke. Gleichzeitig kann anhand des prognostizierten Stellwerts, beispielsweise eines prognostizierten Pedalwinkels, eine geringere prognostizierte Leistungsanfrage bestimmt werden, da das Gefälle zur Beschleunigung beiträgt. Bei einem Anstieg bauen sich Drehzahl und Motorleistung gegenüber der Ebene verzögert auf. Somit muss eine prognostizierte Leistungsanfrage P*use als Reaktion auf einen bestimmten prognostizierten Stellwert x*(t) langsamer steigen als in der Ebene. Gleichzeitig kann anhand des prognostizierten Stellwerts, beispielsweise eines prognostizierten Pedalwinkels, eine erhöhte prognostizierte Leistungsanfrage bestimmt werden, da der Anstieg der Beschleunigung entgegen wirkt. Zu Kurvenradien werden nicht zu überschreitende Grenzgeschwindigkeiten ermittelt und die prognostizierte Leistungsanfrage begrenzt. Diese Ausführungsform erhöht die Energieeffizienz, beispielsweise bei Berganfahrten. Gleichzeitig wird eine Trägheit der Leistungsbereitstellung reduziert, beispielsweise bei zu erwartendem Gefälle.Particularly preferably, the environmental data is a road gradient or a curve radius. On a downgrade, a specific wheel and engine speed is reached earlier than on a level track. A predicted power request P * use must therefore rise more quickly in response to a specific predicted manipulated variable x * (t) than at a level distance. At the same time, based on the predicted control value, for example a predicted pedal angle, a lower predicted power request can be determined, since the gradient contributes to the acceleration. With an increase, the engine speed and engine power are delayed with respect to the plane. Thus, a predicted power request P * use must rise more slowly in response to a certain predicted manipulated variable x * (t) than at the level. At the same time, based on the predicted control value, for example a predicted pedal angle, an increased predicted power request can be determined, since the increase counteracts the acceleration. Curve radii are determined by limit speeds that are not to be exceeded and the predicted power request is limited. This embodiment increases energy efficiency, for example, when going uphill. At the same time, an inertia of the power supply is reduced, for example when the gradient is expected.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist die Steuereinheit ferner dafür eingerichtet, zumindest einen und bevorzugt eine Mehrzahl zeitabhängiger Stellwerte xj(ti) jeweils über einen bestimmten Zeitraum Δt = {tvi, tvi+1, ..., tv(i+k), ...,t}, insbesondere zu einer Vielzahl vergangener Zeitpunkte t zu erfassen oder zu diesen Zeitpunkten erfasste Stellwerte einzulesen. Die Steuereinheit ist ferner dafür eingerichtet, zumindest einen oder eine Mehrzahl von Verläufen der erfassten Stellwerte, besonders bevorzugt Gradienten aus den erfassten Stellwerten gemäß x .j(t, tvi) = (xj(t) – xj(tvi))/(t – tvi) oder gemäß x .j(tv(i+k), tvi) = (xj(tv(i+k)) – xj(tvi))/(tv(i+k) – tvi), zu ermitteln. Mit anderen Worten kann die Steuereinheit den zumindest einen Verlauf, besonders bevorzugt den zumindest einen Gradienten, aus einer bis zum aktuellen Zeitpunkt andauernden Dynamik und/oder einer bereits früher angelernten Dynamik bestimmen. Die Wahl der Zeitabschnitte zum Bestimmen des Verläufe, besonders bevorzugt des Gradienten, kann dabei beispielsweise von der aktuellen Betriebsdauer des Brennstoffzellenstapels und/oder des Fahrzeugs und/oder von Umgebungsdaten abhängig gemacht werden. According to a preferred embodiment of the vehicle according to the invention, the control unit is further configured to generate at least one and preferably a plurality of time-dependent control values x j (ti) over a specific period Δt = {t vi , t vi + 1 ,..., T v ( i + k) , ..., t}, in particular to record a multiplicity of past times t or to read set values registered at these times. The control unit is further configured to at least one or a plurality of courses of the detected control values, particularly preferably gradients from the detected control values according to x. j (t, t vi ) = (x j (t) -x j (t vi )) / (t -t vi ) or according to x. j (t v (i + k) , t vi ) = (x j (t v (i + k) ) - x j (t vi )) / (t v (i + k) - t vi ) , In other words, the control unit can determine the at least one course, particularly preferably the at least one gradient, from a dynamic that continues to the current time and / or from a previously learned dynamic. The choice of the time segments for determining the course, particularly preferably the gradient, can be made dependent on the current operating time of the fuel cell stack and / or the vehicle and / or environmental data, for example.

Die Steuereinheit ist ferner dafür eingerichtet, für zumindest einen und bevorzugt eine Mehrzahl von zukünftigen Zeitpunkten tzl zumindest einen prognostizierten Stellwert gemäß xj*(t, tzl) = xj(t) + x .j(tzl – tvi)*(tzl – t) oder gemäß xj*(t, tzl) = x .j(tv(i+k)(tvi)*(tzl – t) zu ermitteln. Die Steuereinheit ist somit bevorzugt dafür eingerichtet, die Dynamik zumindest eines oder einer Mehrzahl von Stellwerten während verschiedener Zeitabschnitte (t – tvi) oder (tv(i+k) – tvi) mittels Gradienten abzubilden. Die Steuereinheit ist bevorzugt ferner dafür eingerichtet, mit diesen Gradienten x .j(tv(i+k), tvi) = x .(i, j, k) oder x .j(t, tvi), tvi) = x .(i, j) eine Vielzahl prognostizierter Stellwerte x .(i, j, l), insbesondere für verschiedene zukünftige Zeiten tzl für den zumindest einen oder jeden der Mehrzahl von Stellwerten xj zu ermitteln. Somit werden erfasste Daten optimal genutzt und die Stabilität der Prognose erhöht.The control unit is further set up for at least one and preferably a plurality of future times t zl at least one predicted set value according to x j * (t, t zl ) = x j (t) + x. j (t zl - t vi ) * (t zl - t) or according to x j * (t, t zl ) = x. j (t v (i + k) (t vi) * (t zl - t) to determine the control unit is thus preferably adapted to the dynamics of at least one or a plurality of control values during different periods of time (t -. t vi) or (t v (i + k) - t vi).. mapped by means of gradients The control unit is preferably further configured with this gradient x j (t v (i + k), vi t) x = (i, j. k) or x.j (t, t vi ), t vi ) = x. (i, j) a plurality of predicted manipulated values x i (i, j, l), in particular for different future times t zl for the at least one or to determine each of the plurality of manipulated values x j . Thus, captured data are used optimally and the stability of the prognosis is increased.

Besonders bevorzugt ist die Steuereinheit dafür eingerichtet, beim Ermitteln eines oder mehrerer Gradienten x .j(t, tvi) oder x .j(tv(i+k), tvi) den zumindest einen vergangenen Zeitpunkt tvi oder tv(i+k) oder mit anderen Worten die Größe eines betrachteten vergangenen Zeitfensters zu variieren. Die Steuereinheit ist ebenfalls bevorzugt dafür eingerichtet, beim Ermitteln eines oder mehrerer prognostizierter Stellwerte x*(i, j, l) den zumindest einen zukünftigen Zeitpunkt tzl oder mit anderen Worten die Größe des betrachteten zukünftigen Zeitfensters zu variieren. Somit ist die Steuereinheit dafür eingerichtet, wahlweise das Kurzzeitverhalten und/oder das Langzeitverhalten einer Fahrzeugdynamik zu berücksichtigen und/oder zu beeinflussen. Darüber hinaus können die betrachteten Zeitfenster in Abhängigkeit des Vorzeichens eines Gradienten beeinflusst werden. Beispielsweise kann das Zeitfenster tzl bei Beschleunigungen groß und bei Verzögerungen klein gewählt werden. Hierzu ist die parallele Betrachtung mehrerer Zeitfenster notwendig.Particularly preferably, the control unit is set up for determining one or more gradients x. j (t, t vi ) or x. j (t v (i + k) , t vi ) to vary the at least one past time t vi or t v (i + k) or, in other words, the size of a past time window under consideration. The control unit is likewise preferably configured to vary the at least one future time t z1 or, in other words, the size of the considered future time window when determining one or more predicted manipulated values x * (i, j, l). Thus, the control unit is set up to selectively consider and / or influence the short-term behavior and / or the long-term behavior of a vehicle dynamics. In addition, the considered time windows can be influenced as a function of the sign of a gradient. For example, the time window t zl can be selected to be large in the case of accelerations and small in the case of delays. For this, the parallel consideration of multiple time windows is necessary.

Bevorzugt werden der vergangene Zeitpunkt tvi oder die vergangenen Zeitpunkte tv(i+k) und tvi und der zukünftige Zeitpunkt tzl in Abhängigkeit eines, beispielsweise vom Fahrer eingestellten, Betriebsmodus gewählt. In einem sportlichen Betriebsmodus kann das Kurzzeitverhalten des Fahrzeugs zur weitreichenden Prognose einer bereitzustellenden erhöhten Leistung genutzt werden, beispielsweise indem (t – tvi) klein und (tzl – t) groß gewählt wird. Der Fokus liegt dabei auf zukünftiger Verfügbarkeit einer hohen Leistung durch langfristige Prognose einer erhöhten Leistungsanfrage P*use anhand einer kürzlich erfolgten Stellwertänderung, beispielsweise anhand einer kürzlich erfolgten Beschleunigung. In einem ökologischen Betriebsmodus kann das Langzeitverhalten des Fahrzeugs zum kurzfristigen Bereitstellen einer im Mittel bislang angefragten Leistung genutzt werden, indem (t – tvi) groß und (tzl – t) klein gewählt wird. Der Fokus liegt dabei auf dem Vermeiden von einer Fehlprognose einer erhöhten, zum Zeitpunkt tzl tatsächlich nicht angefragten Leistung.Preferably, the past time t vi or the past times t v (i + k) and t vi and the future time t zl are selected as a function of, for example set by the driver, operating mode. In a sportive mode of operation, the short-term behavior of the vehicle can be exploited for the far-reaching prediction of increased power to be provided, for example by selecting (t-t vi ) small and (t zl -t) large. The focus is on the future availability of high performance through long-term predictions of increased power request usage based on a recent change in setpoint, such as recent acceleration. In an ecological mode of operation, the long-term behavior of the vehicle can be used for the short-term provision of a previously requested power by selecting (t-t vi ) large and (t zl -t) small. The focus here is on avoiding a misprediction of an increased performance, which is actually not requested at time t zl .

Ebenfalls bevorzugt werden der vergangene Zeitpunkt tvi oder die vergangenen Zeitpunkte tv(i+k) und tvi und/oder der zukünftige Zeitpunkt tzl in Abhängigkeit einer Betriebszeit, das heißt einer aktuellen Betriebszeit und/oder einer Gesamtbetriebszeit, des Brennstoffzellenstapels und/oder des Fahrzeugs gewählt. Somit kann eine veränderte Dynamik in der Leistungsbereitstellung eines Brennstoffzellenstapels kompensiert werden. Beispielsweise kann das Zeitfenster (tzl – t) mit zunehmender Gesamtbetriebszeit des Stapels sukzessive erhöht werden, um die mittels der Vorsteuerung überbrückte Zeitspanne sukzessive zu erhöhen und dem Stapel über dessen gesamte Lebensdauer ausreichend Zeit zum Hochflanken einer Leistungsanfrage bereitzustellen.Also preferred are the past time t vi or the past times t v (i + k) and t vi and / or the future time t zl depending on an operating time, ie a current operating time and / or a total operating time, the fuel cell stack and / or the vehicle selected. Thus, a changed dynamics in the power delivery of a fuel cell stack can be compensated. For example, the time window (t zl -t) can be successively increased as the total operating time of the stack increases, in order to successively increase the time span bridged by the precontrol and to provide the stack with sufficient time for the high-edge of a power request over its entire service life.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist die Steuereinheit ferner dafür eingerichtet, in Abhängigkeit von dem zumindest einen und bevorzugt von der Mehrzahl prognostizierter Stellwerte x*j(t, tli) = x(i, j, l) zumindest eine prognostizierte Leistungsanfrage P*use(x*j(t, tzl)) = P*use(i, j, l) zu ermitteln. Der zumindest eine und bevorzugt die Mehrzahl prognostizierter Stellwerte umfasst dabei bevorzugt prognostizierte Werte verschiedener Stellwerte, die besonders bevorzugt jeweils anhand verschiedener vergangener Zeitfenster (t – tvi) oder (tv(i+k) – tvi) und für verschiedene zukünftigen Zeiten tzl bestimmt sind.In a particularly preferred embodiment of the vehicle according to the invention, the control unit is further adapted to at least one predicted power request depending on the at least one and preferably on the plurality of predicted control values x * j (t, t li ) = x (i, j, l) P * use (x * j (t, t zl )) = P * use (i, j, l). The at least one and preferably the plurality of predicted setting values preferably comprises predicted values of different setting values, which are particularly preferably in each case based on different past time windows (t-t vi ) or (t v (i + k) -t vi ) and for different future times t zl are determined.

Anhand der zumindest einen oder Mehrzahl prognostizierter Leistungsanfragen P*use(i, j, l) ermittelt die Steuereinheit zumindest eine oder eine Mehrzahl prognostizierter Stapelleistungen P*stack(i, j, l) = P*netto(i, j, l) + P*aux(i, j, l). Dabei werden die prognostizierten Stapelnettoleistungen P*netto(i, j, l) gleich P*use(i, j, l) gesetzt und die prognostizierten Leistungsaufnahmen P*netto(i, j, l) in Abhängigkeit von P*use(i, j, l) berechnet oder aus einem Kennfeld eingelesen. Die Steuereinheit ist schließlich dafür eingerichtet, die aktuelle Stapelleistung Pstack(t) um ΔPstack(t, tzl) = (1/Σi,j,l aj,i,l) Σi,j,l(P*stack(i, j, l) – Pstack(t))zu erhöhen. Ein Vorsteuerwert zum Erhöhen der aktuellen Stapelleistung wird somit als gewichtetes Mittel der Mehrzahl prognostizierter Stapelleistung P*stack(i, j, l) berechnet. Dabei können verschiedene vergangene Zeitabschnitte tvi, verschiedene zukünftige Zeitabschnitte tzl und/oder verschiede Stellewerte xj mittels der Gewichtungsfaktoren aj,i,l verschieden stark in die Prognose eingehen. Bevorzugt sind die Gewichtungsfaktoren zeitabhängig. Ohne Gewichtungsfaktoren ergibt sich ΔPstack(t, tzl) = 1/(ni + nj + nli,j,laj,i,l(P*stack(i, j, l) – Pstack(t)) Langzeitverhalten und Kurzzeitverhalten des Fahrzeugs gehen somit gleichermaßen in die Vorsteuerung der Leistungsanfrage des zumindest einen Verbrauchers ein, was die Qualität und Stabilität der Vorsteuerung erhöht. On the basis of the at least one or a plurality of predicted power requests P * use (i, j, l), the control unit determines at least one or a plurality of predicted stacking powers P * stack (i, j, l) = P * net (i, j, l) + P * aux (i, j, l). The predicted stacking power P * net (i, j, l) is set equal to P * use (i, j, l) and the predicted power consumption P * net (i, j, l) is dependent on P * use (i, j, l) or read from a map. The control unit is finally configured to change the current stacking power P stack (t) by ΔP stack (t, t zl ) = (1 / Σ i, j, l a j , i, l ) Σ i, j, l (P * stack (i, j, l) - P stack (t)) increase. A pre-control value for increasing the current stack power is thus calculated as a weighted average of the plurality of predicted stack power P * stack (i, j, l). Different past time intervals t vi , different future time intervals t zl and / or different position values x j can enter into the prognosis differently by means of the weighting factors a j , i, l . The weighting factors are preferably time-dependent. Without weighting factors, ΔP stack (t, t zl ) = 1 / (n i + n j + n l ) Σ i, j, l aj , i, l (P * stack (i, j, l) -P stack (t)) Long-term behavior and short-term behavior of the vehicle are thus equally in the pre-control of the power request of at least one consumer, which increases the quality and stability of the feedforward.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung Pstack, zumindest einem Nebenaggregat mit elektrischer Leistungsaufnahme Paux zum Betrieb des Brennstoffzellenstapels und einer Nettoleistung Pnetto = Pstack – Paux aufweist. Das Fahrzeug weist zudem zumindest einen Verbraucher mit einer von einem Stellwert x(t) abhängigen elektrischen Leistungsanfrage Puse und eine Steuereinheit auf. Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf: Erfassen oder Einlesen des Stellwerts x(tvi) über einen bestimmten Zeitraum Δt = {tvi, tvi+1, ..., tv(i+k), ..., t}, Ermitteln eines Verlaufs, bevorzugt eines Gradienten x .j(t, tvi) oder x .j(tv(i+k), tvi), des erfassten Stellwerts und damit Ermitteln zumindest eines prognostizierten Stellwerts x*(tzl).The invention likewise relates to a method for operating a vehicle, wherein the vehicle is a fuel cell system with a fuel cell stack for providing an electric power P stack , at least one accessory with electrical power P aux for operating the fuel cell stack and a net power P net = P stack - P aux . The vehicle also has at least one consumer with an electric power request P use dependent on a control value x (t) and a control unit. The method according to the invention comprises the following method steps: detection or reading in of the manipulated variable x (t vi ) over a specific period Δt = {t vi , t vi + 1 ,..., T v (i + k) ,. t}, determining a course, preferably a gradient x. j (t, t vi ) or x. j (t v (i + k) , t vi ), the detected control value and thus determining at least one predicted control value x * (t zl ).

Das Verfahren weist zudem ferner die Schritte auf: Ermitteln zumindest einer prognostizierten Leistungsanfrage P*use in Abhängigkeit von dem zumindest einen prognostizierten Stellwert x*(tzl) und Ermitteln einer prognostizierten Stapelleistung P*stack in Abhängigkeit der zumindest einen prognostizierten Leistungsanfrage P*use. Bevorzugt erfolgt ein Ermitteln einer prognostizierten Stapelleistung P*stack = P*netto + P*aux durch Setzen der prognostizierten Stapelnettoleistung P*netto gleich P*use und Ermitteln der prognostizierten Leistungsaufnahme der Nebenaggregate P*aux in Abhängigkeit der Stapelnettoleistung P*netto gemäß P*aux = f(P*netto). Das erfindungsgemäße Verfahren weist umfasst ferner ein Erhöhen einer aktuellen Stapelleistung Pstack(t) um ΔPstack = P*stack – Pstack(t). Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte auf: Ermitteln einer prognostizierten maximalen Leistungsaufnahme Paux max des zumindest einen Nebenverbrauchers beim Erhöhen der Stapelleistung um ΔPstack, Ermitteln einer Übergangsstapelleistung Pstack im = Pnetto im + Paux im durch Setzen einer Übergangsstapelnettoleistung Pnetto im gleich der Summe der prognostizierten maximalen Leistungsaufnahme Paux max und einer aktuellen Stapelnettoleistung Pnetto(t) Ermitteln der prognostizierten Übergangsleistungsaufnahme der Nebenaggregate Paux im in Abhängigkeit der Übergangsstapelnettoleistung Pnetto im gemäß Paux im = f(Pnetto im) und schließlich Erhöhen einer aktuellen Stapelleistung Pstack(t) zunächst auf Pstack im und anschließend um ΔPstack im(t) = P*stack – Pstack im. The method further comprises the steps of determining at least one predicted power request P * use as a function of the at least one predicted control value x * (t zl ) and determining a predicted stack power P * stack as a function of the at least one predicted power request P * use . Preferably, a predicted stacking power P * stack = P * net + P * aux is determined by setting the predicted stacking capacity P * net equal to P * use and determining the predicted power consumption of the ancillary components P * aux as a function of the stacking net power P * net according to P * aux = f (P * net ). The inventive method further comprises increasing a current stack power P stack (t) by ΔP stack = P * stack -P stack (t). Preferably, the inventive method comprises the steps of: determining a predicted maximum power P aux max of the at least one secondary consumer in increasing the stack power to .DELTA.P stack, determining a transition stack power P stack in = P net in the + P aux in by setting a transitional stack net power P net in equals the sum of the predicted maximum power consumption P aux max and a current stacking net power P net (t) determining the predicted transient power consumption of the ancillary units P aux im as a function of the transition stack net power P net in P aux im = f (P net im ) and finally increasing one current stacking power P stack (t) first at P stack in and then at ΔP stack at (t) = P * stack - P stack at .

Zu Puse kann neben der Leistung eines Elektromotors ebenso die gewünschte Ladeleistung eines Energiespeichers oder die Leistungsanfrage von Nebenverbrauchern hinzugerechnet werden.In addition to the power of an electric motor, the desired charging power of an energy store or the power request of secondary consumers can also be added to P use .

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug, aufweisend ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung Pstack, zumindest einem Nebenaggregat mit elektrischer Leistungsaufnahme Paux zum Betrieb des Brennstoffzellenstapels und einer Nettoleistung Pnetto = Pstack – Paux, zumindest einen Verbraucher mit einer von einem Stellwert x(t) abhängigen elektrischen Leistungsanfrage Puse und eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit dafür eingerichtet ist, vor dem Erhöhen einer aktuellen Stapelleistung Pstack(t) um ΔPstack eine prognostizierte maximale Leistungsaufnahme Paux max des zumindest einen Nebenaggregats beim Erhöhen der Stapelleistung um ΔPstack und, mit Paux max + Pnetto(t) = Pnetto im und Paux im = f(Pnetto im) eine Übergangsstapelleistung Pstack im = Pnetto im + Paux im zu ermitteln und die aktuelle Stapelleistung Pstack(t) zunächst auf Pstack im und anschließend um ΔPstack im = ΔPstack + Pstack(t) – Pstack im zu erhöhen.Likewise provided by the invention is a vehicle comprising a fuel cell system with a fuel cell stack for providing an electric power P stack , at least one accessory with electrical power consumption P aux for operating the fuel cell stack and a net power P net = P stack - P aux , at least one consumer an electric power request P use dependent on a control value x (t) and a control unit, wherein the control unit is adapted to increase a predicted maximum power consumption P aux max of the at least one auxiliary unit before increasing a current stack power P stack (t) by ΔP stack Increasing the stacking power by ΔP stack and, with P aux max + P net (t) = P net in and P aux im = f (P net in ) to determine a transition stack power P stack in = P net in + P aux in and the current stacking power P stack (t) first to P stack in and then to ΔP stack in = ΔP stack + P stack (t) - P stack in to increase.

In bevorzugten Ausführungsformen weist das Brennstoffzellensystem ferner zumindest einen Verbraucher mit einer von einem Stellwert x(t) abhängigen elektrischen Leistungsanfrage Puse auf und ist die Steuereinheit dieses Fahrzeugs bevorzugt wie obenstehend beschrieben eingerichtet. Insbesondere ist die Steuereinheit dieses Fahrzeugs bevorzugt ebenfalls dafür eingerichtet, aus über einen bestimmten Zeitraum erfassten Werten des Stellwerts x(tvi) einen Verlauf des erfassten Stellwerts und damit einen prognostizierten Stellwert x*(tzl) zu ermitteln, aus dem prognostizierten Stellwert x*(tzl) eine prognostizierte Leistungsanfrage P*use und daraus eine prognostizierte Stapelleistung P*stack zu ermitteln und eine aktuelle Stapelleistung Pstack(t) um ΔPstack = P*stack – Pstack(t) zu erhöhen.In preferred embodiments, the fuel cell system further comprises at least one consumer with an electric power request P use dependent on a control value x (t), and the control unit of this vehicle is preferably set up as described above. In particular, the control unit of this vehicle is preferably also configured to determine a course of the detected manipulated variable and thus a predicted manipulated variable x * (t zl ) from values of the manipulated variable x (t vi ) recorded over a specific period of time, from the predicted manipulated variable x * (t zl ) a predicted power request P * use and from this to determine a predicted stacking power P * stack and to increase a current stacking power P stack (t) by ΔP stack = P * stack -P stack (t).

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below in embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform; 1 a schematic representation of a vehicle according to an embodiment;

2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform; und 2 a schematic representation of a vehicle according to an embodiment; and

3 einen Stellwertverlauf, den Verlauf einer korrespondierenden Leistungsanfrage und einen prognostizierten Stellwert; 3 a control value course, the course of a corresponding power request and a predicted control value;

4 einen Stellwertverlauf und einen alternativ prognostizierten Stellwert; 4 a control value curve and an alternatively predicted control value;

5 einen Stellwertverlauf, den Verlauf einer korrespondierenden Leistungsanfrage und den Verlauf einer prognostizierten Leistungsanfrage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und 5 a manipulated variable course, the course of a corresponding power request and the course of a predicted power request according to an embodiment of the invention; and

6 den Verlauf einer Leistungsanfrage, einer prognostizierten Leistungsanfrage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, einer Stapelleistung, einer Stapelnettoleistung und einer Leistungsaufnahme zumindest eines Nebenaggregats bei einer Erhöhung der Leistungsanfrage. 6 the course of a power request, a predicted power request according to an embodiment of the invention, a stack performance, a stacking net power and a power consumption of at least one accessory when increasing the power request.

1 zeigt ein insgesamt mit 200 bezeichnetes Fahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Der Schwerpunkt der Darstellung liegt versorgerseitig auf dem insgesamt mit 100 bezeichneten Brennstoffzellensystem als Teil des Fahrzeugs 200. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Elektrofahrzeug mit einem von dem Brennstoffzellensystem 100 mit elektrischer Energie versorgten Elektromotor. 1 shows a total of 200 designated vehicle according to a preferred embodiment of the present invention. The emphasis of the presentation lies on the supply side on the total with 100 designated fuel cell system as part of the vehicle 200 , The vehicle is in particular an electric vehicle with one of the fuel cell system 100 electric motor supplied with electric power.

Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst als Kernkomponente einen Brennstoffzellenstapel 10, mit einer Vielzahl von in Stapelform angeordneten Einzelzellen 11, die durch abwechselnd gestapelte Membran-Elektroden-Anordnungen (MEA) 14 und Bipolarplatten 15 ausgebildet sind (siehe Detailausschnitt). Jede Einzelzelle 11 umfasst jeweils eine MEA 14 mit einer hier nicht näher dargestellten ionenleitfähigen Polymerelektrolytmembran und beidseitig daran angeordneten katalytischen Elektroden. Die Elektroden katalysieren die jeweilige Teilreaktion der Brennstoffumsetzung. Die Anoden- und Kathodenelektrode sind als Beschichtung auf der Membran ausgebildet und weisen ein katalytisches Material auf, beispielsweise Platin, das auf einem elektrisch leitfähigen Trägermaterial großer spezifischer Oberfläche, beispielsweise einem kohlenstoffbasierten Material, geträgert vorliegt.The fuel cell system 100 comprises as a core component a fuel cell stack 10 , with a plurality of stacked individual cells 11 Interrupted by Alternately Stacked Membrane Electrode Arrangements (MEA) 14 and bipolar plates 15 are formed (see detail). Every single cell 11 each includes an MEA 14 with an ion-conducting polymer electrolyte membrane (not shown here) and catalytic electrodes arranged on both sides. The electrodes catalyze the respective partial reaction of the fuel conversion. The anode and cathode electrodes are formed as a coating on the membrane and comprise a catalytic material, for example platinum, supported on an electrically conductive substrate of high specific surface area, for example a carbon based material.

Wie in der Detaildarstellung der 1 gezeigt, ist zwischen einer Bipolarplatte 15 und der Anode ein Anodenraum 12 ausgebildet und ist zwischen der Kathode und der nächsten Bipolarplatte 15 der Kathodenraum 13 ausgebildet. Die Bipolarplatten 15 dienen der Zuführung der Betriebsmittel in die Anoden- und Kathodenräume 12, 13 und stellen ferner die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Brennstoffzellen 11 her. Optional sind Gasdiffusionslagen zwischen der Membran-Elektroden-Anordnung 14 und den Bipolarplatten 15 angeordnet.As in the detailed representation of the 1 is shown between a bipolar plate 15 and the anode an anode compartment 12 is formed and is between the cathode and the next bipolar plate 15 the cathode compartment 13 educated. The bipolar plates 15 serve to supply the resources in the anode and cathode spaces 12 . 13 and further provide the electrical connection between the individual fuel cells 11 ago. Optionally, there are gas diffusion layers between the membrane-electrode assembly 14 and the bipolar plates 15 arranged.

Das Brennstoffzellensystem 100 weist zum Versorgen des Brennstoffzellenstapels 10 mit den Betriebsmitteln eine Anodenversorgung 20 und eine Kathodenversorgung 30 auf.The fuel cell system 100 has to supply the fuel cell stack 10 with the resources an anode supply 20 and a cathode supply 30 on.

Die Anodenversorgung 20 des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems 100 umfasst einen Anodenversorgungspfad 21 zum Zuführen eines Anodenbetriebsmittels (dem Brennstoff), beispielsweise Wasserstoff, in die Anodenräume 12 des Brennstoffzellenstapels 10. Die Anodenversorgungspfade 21 verbinden einen Brennstoffspeicher 23 mit einem Anodeneinlass des Brennstoffzellenstapels 10. Die Anodenversorgung 20 umfasst ferner einen Anodenabgaspfad 22, zum Abführen des Anodenabgases aus den Anodenräumen 12 und über einen Anodenauslass des Brennstoffzellenstapels 10. Der Anodenbetriebsdruck auf den Anodenseiten 12 des Brennstoffzellenstapels 10 ist über ein erstes Stellmittel 24 in dem Anodenversorgungspfad 21 einstellbar.The anode supply 20 of in 1 shown fuel cell system 100 includes an anode supply path 21 for supplying an anode operating agent (the fuel), for example hydrogen, into the anode spaces 12 of the fuel cell stack 10 , The anode supply paths 21 connect a fuel storage 23 with an anode inlet of the fuel cell stack 10 , The anode supply 20 further includes an anode exhaust path 22 , for discharging the anode exhaust gas from the anode chambers 12 and via an anode outlet of the fuel cell stack 10 , The anode operating pressure on the anode sides 12 of the fuel cell stack 10 is about a first actuating means 24 in the anode supply path 21 adjustable.

Die Anodenversorgung 20 des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems weist darüber hinaus eine Rezirkulationsleitung 25 auf, die den Anodenabgaspfad 22 mit dem Anodenversorgungspfad 21 verbindet. Die Rezirkulation von Brennstoff wird genutzt, um überstöchiometrisch eingesetzten Brennstoff dem Brennstoffzellenstapel 10 zurückzuführen. In der Rezirkulationsleitung 25 ist eine Rezirkulationsfördereinrichtung 26, vorzugsweise ein Rezirkulationsgebläse, angeordnet.The anode supply 20 of in 1 shown fuel cell system also has a recirculation line 25 on, the the anode exhaust path 22 with the anode supply path 21 combines. The recirculation of fuel is used to fuel the stack of fuel stoichiometrically 10 due. In the recirculation line 25 is a recirculation conveyor 26 , preferably a recirculation blower, arranged.

Die Kathodenversorgung 30 des Brennstoffzellensystems 100 der 1 umfasst ferner einen Kathodenversorgungspfad 31 zur Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Kathodenbetriebsmittels zu den Kathodenräumen 13 des Brennstoffzellenstapels 10. Dabei handelt es sich insbesondere um Luft, die aus der Umgebung angesaugt wird. Die Kathodenversorgung 30 umfasst ferner einen Kathodenabgaspfad 32, welcher das Kathodenabgas (insbesondere die Abluft) aus den Kathodenräumen 13 des Brennstoffzellenstapels 10 abführt und dieses gegebenenfalls einer nicht dargestellten Abgasanlage zuführt. In dem Kathodenversorgungspfad 31 ist zudem ein Verdichter 33 zum Fördern und Verdichten des Kathodenbetriebsmittels angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Verdichter 33 über einen mit einer entsprechenden Leistungselektronik 35 ausgestatteten Elektromotor 34 angetrieben. Der Verdichter 33 kann ferner durch eine im Kathodenabgaspfad 32 angeordnete Turbine 36 unterstützend über eine gemeinsame Welle (nicht dargestellt) angetrieben werden.The cathode supply 30 of the fuel cell system 100 of the 1 further includes a cathode supply path 31 for supplying an oxygen-containing cathode resource to the cathode spaces 13 of the fuel cell stack 10 , This is in particular air, which is sucked from the environment. The cathode supply 30 further includes a cathode exhaust path 32 , which the cathode exhaust gas (in particular the exhaust air) from the cathode compartments 13 of the fuel cell stack 10 dissipates and optionally this feeds an exhaust system, not shown. In the cathode supply path 31 is also a compressor 33 arranged to convey and compress the cathode operating means. In the illustrated embodiment, the compressor 33 about one with a corresponding power electronics 35 equipped electric motor 34 driven. The compressor 33 may also be through a in the cathode exhaust path 32 arranged turbine 36 supportively driven by a common shaft (not shown).

Das in 1 gezeigte Brennstoffzellensystem 100 weist ferner ein Befeuchtermodul 39 auf. Das Befeuchtermodul 39 ist einerseits so in dem Kathodenversorgungspfad 31 angeordnet, dass es von dem Kathodenbetriebsgas durchströmbar ist. Andererseits ist es so in dem Kathodenabgaspfad 32 angeordnet, dass es von dem Kathodenabgas durchströmbar ist. Ein Befeuchter 39 weist typischerweise eine Mehrzahl von wasserdampfpermeablen Membranen auf, die entweder flächig oder in Form von Hohlfasern ausgebildet sind. Dabei wird eine Seite der Membranen von dem vergleichsweise trockenen Kathodenbetriebsgas (Luft) überströmt und die andere Seite von dem vergleichsweise feuchten Kathodenabgas (Abgas). Getrieben durch den höheren Partialdruck an Wasserdampf in dem Kathodenabgas kommt es zu einem Übertritt von Wasserdampf über die Membran in das Kathodenbetriebsgas, das auf diese Weise befeuchtet wird. Die Kathodenversorgung 30 weist ferner eine Bypass-Leitung 37 auf, welche die Kathodenversorgungsleitung 31 mit der Kathodenabgasleitung 32 verbindet. Ein in der Bypass-Leitung 37 angeordnetes Stellmittel 38 dient der Steuerung der Menge des den Brennstoffzellenstapel 10 umgehenden Kathodenbetriebsmittels.This in 1 shown fuel cell system 100 also has a humidifier module 39 on. The humidifier module 39 on the one hand is in the cathode supply path 31 arranged so that it can be flowed through by the cathode operating gas. On the other hand, it is so in the cathode exhaust path 32 arranged so that it can be flowed through by the cathode exhaust gas. A humidifier 39 typically has a plurality of water vapor permeable membranes formed either flat or in the form of hollow fibers. In this case, one side of the membranes is overflowed by the comparatively dry cathode operating gas (air) and the other side by the comparatively moist cathode exhaust gas (exhaust gas). Driven by the higher partial pressure of water vapor in the cathode exhaust gas, there is a transfer of water vapor across the membrane in the cathode operating gas, which is moistened in this way. The cathode supply 30 also has a bypass line 37 on which the cathode supply line 31 with the cathode exhaust gas line 32 combines. One in the bypass line 37 arranged adjusting means 38 serves to control the amount of the fuel cell stack 10 immediate cathode resource.

Verschiedene weitere Einzelheiten der Anoden- und Kathodenversorgung 20, 30 sind in der vereinfachten 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt. So kann in dem Anoden- und/oder Kathodenabgaspfad 22, 32 ein Wasserabscheider verbaut sein, um das aus der Brennstoffzellenreaktion entstehende Produktwasser zu kondensieren und abzuleiten. Schließlich kann die Anodenabgasleitung 22 in die Kathodenabgasleitung 32 münden, sodass das Anodenabgas und das Kathodenabgas über eine gemeinsame Abgasanlage abgeführt werden.Various other details of the anode and cathode supply 20 . 30 are in the simplified 1 not shown for reasons of clarity. Thus, in the anode and / or cathode exhaust path 22 . 32 a water separator may be installed to condense and drain the product water resulting from the fuel cell reaction. Finally, the anode exhaust gas line 22 into the cathode exhaust gas line 32 lead, so that the anode exhaust gas and the cathode exhaust gas are discharged via a common exhaust system.

Das Fahrzeug 200 weist ferner zumindest einen Verbraucher 44, 51 mit elektrischer Leistungsanfrage Puse und eine Steuereinheit 60 zum Stellen einer Leistungsanforderung an den Brennstoffzellenstapel 10 auf. Die Steuereinheit 60 stellt die Leistungsanforderung an den Brennstoffzellenstapel 10 bevorzugt zumindest in Abhängigkeit von der Leistungsanfrage.The vehicle 200 also has at least one consumer 44 . 51 with electrical power request P use and a control unit 60 for providing a power request to the fuel cell stack 10 on. The control unit 60 puts the power request to the fuel cell stack 10 preferably at least depending on the power request.

2 zeigt ebenfalls eine schematische Darstellung des Fahrzeugs 200 gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Der Schwerpunkt der Darstellung liegt verbraucherseitig auf der Funktion der Steuereinheit 60 im Zusammenhang mit dem zumindest einen Verbraucher 44, 51. 2 also shows a schematic representation of the vehicle 200 according to a preferred embodiment of the present invention. The focus of the presentation lies on the consumer side on the function of the control unit 60 in connection with the at least one consumer 44 . 51 ,

Das in 2 gezeigte Fahrzeug 200 weist das mit Bezug zu 1 detailliert beschriebene Brennstoffzellensystem 100, die elektronische Steuereinheit 60, ein elektrisches Leistungssystem 40 sowie ein Fahrzeugantriebssystem 50 auf.This in 2 shown vehicle 200 has the reference to 1 detailed fuel cell system 100 , the electronic control unit 60 , an electrical power system 40 and a vehicle drive system 50 on.

Das elektrische Leistungssystem 40 umfasst einen Spannungssensor 41 zum Erfassen einer von dem Brennstoffzellenstapel 10 erzeugten Spannung sowie einen Stromsensor 42 zum Erfassen eines von dem Brennstoffzellenstapel 10 erzeugten Stroms. Ferner umfasst das elektrische Leistungssystem 40 einen Energiespeicher 44, beispielsweise eine Hochvoltbatterie oder einen Kondensator. In dem Leistungssystem 40 ist ferner ein in Triport-Topologie ausgeführter Wandler 45 (Triportwandler) angeordnet. An eine erste Seite des Doppel-DC/DC-Wandlers 45 ist die Batterie 44 angeschlossen. Alle Traktionsnetzkomponenten des Antriebssystems 50 sind bei fester Spannungslage an einer zweiten Seite des Wandlers 45 angeschlossen. In gleicher oder ähnlicher Weise können die Nebenaggregate des Brennstoffzellensystems selbst, beispielsweise der Elektromotor 34 des Verdichters 33 (siehe 1), oder andere elektrische Verbraucher des Fahrzeugs, beispielsweise ein Kompressor für eine Klimaanlage und dergleichen, mit dem Stromnetz verbunden sein.The electric power system 40 includes a voltage sensor 41 for detecting one of the fuel cell stack 10 generated voltage and a current sensor 42 for detecting one of the fuel cell stacks 10 generated electricity. Further, the electric power system includes 40 an energy store 44 , For example, a high-voltage battery or a capacitor. In the performance system 40 is also a converter implemented in triport topology 45 (Triport converter) arranged. To a first side of the dual DC / DC converter 45 is the battery 44 connected. All traction network components of the drive system 50 are at fixed voltage on a second side of the converter 45 connected. In the same or similar manner, the ancillaries of the fuel cell system itself, for example, the electric motor 34 of the compressor 33 (please refer 1 ), or other electrical consumers of the vehicle, such as a compressor for an air conditioner and the like, to be connected to the power grid.

Das Antriebssystem 50 umfasst einen Elektromotor 51, der als Traktionsmotor des Fahrzeugs 200 dient. Hierzu treibt der Elektromotor 51 eine Antriebsachse 52 mit daran angeordneten Antriebsrädern 53 an. Der Traktionsmotor 51 ist über einen Wechselrichter 43 mit dem elektronischen Leistungssystem 40 des Brennstoffzellensystems 100 verbunden und stellt den elektrischen Hauptverbraucher des Systems dar.The drive system 50 includes an electric motor 51 acting as a traction engine of the vehicle 200 serves. For this drives the electric motor 51 a drive axle 52 with drive wheels arranged thereon 53 at. The traction engine 51 is about an inverter 43 with the electronic power system 40 of the fuel cell system 100 connected and represents the main electrical consumer of the system.

Die elektronische Steuereinheit 60 steuert den Betrieb des Fahrzeugs 200 und insbesondere das Brennstoffzellensystem 100, einschließlich dessen Anoden- und Kathodenversorgung 20, 30, das elektrische Leistungssystem 40 und den Traktionsmotor 51. Zu diesem Zweck erhält die Steuereinheit 60 verschiedene Eingangssignale, beispielsweise die mit dem Spannungssensor 41 erfasste Spannung U der Brennstoffzelle 10, den mit dem Stromsensor 42 erfassten Strom I des Brennstoffzellenstapels 10 (woraus die Steuereinheit die aktuelle Stapelspannung Pstack(t) berechnet), Informationen über die Temperatur T des Brennstoffzellenstapels 10, die Drücke p im Anoden- und/oder Kathodenraum 12, 13, den Ladezustand SOC des Energiespeichers 44, die Drehzahl n des Traktionsmotors 51 und zumindest einen Stellwert x.The electronic control unit 60 controls the operation of the vehicle 200 and in particular the fuel cell system 100 including its anode and cathode supplies 20 . 30 , the electric power system 40 and the traction engine 51 , For this purpose, the control unit receives 60 various input signals, such as those with the voltage sensor 41 detected voltage U of the fuel cell 10 with the current sensor 42 detected current I of the fuel cell stack 10 (from which the control unit calculates the current stack voltage P stack (t)), information about the temperature T of the fuel cell stack 10 , the pressures p in the anode and / or cathode compartment 12 . 13 , the state of charge SOC of the energy storage 44 , the speed n of the traction motor 51 and at least one manipulated variable x.

Anhand des zumindest einen Stellwerts x, beispielsweise des mittels eines Pedalwertgebers bestimmten Fahrpedalwerts, ermittelt die Steuereinheit die von den elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs 200, insbesondere dem Traktionsmotor 51, angefragte elektrische Leistung Puse. Indem die Steuereinheit diese Leistungsanfrage als Stapelnettoleistung setzt, ermittelt sie zudem die von den Nebenaggregaten des Brennstoffzellenstapels 10 beim Erzeugen von Pnetto = Puse aufgenommene elektrische Leistung Paux. Schließlich stellt die Steuereinheit an den Brennstoffzellenstapel eine Leistungsanforderung der Höhe Pstack = Pnetto + Paux zum Versorgen des zumindest einen Verbrauchers mit Energie entsprechend der Leistungsanfrage.On the basis of the at least one control value x, for example of the accelerator pedal value determined by means of a pedal value sensor, the control unit determines that of the electrical consumers of the vehicle 200 , in particular the traction motor 51 , requested electrical power P use . In addition, by setting this power request as a stacked-line power, the controller determines that of the accessories of the fuel cell stack 10 in generating P net = P use received electric power P aux . Finally, the control unit provides to the fuel cell stack a power demand of height P stack = P net + P aux to power the at least one consumer in accordance with the power request.

In Abhängigkeit von der an den Brennstoffzellenstapel 10 zu stellenden Leistungsanforderung Pstack ermittelt die Steuereinheit 60 aus Berechnungen oder entsprechend abgespeicherten Kennfeldern die erforderlichen Massenströme oder Betriebsdrücke des Anoden- und Kathodenbetriebsmediums und steuert die Betriebsmittelzufuhr des Brennstoffzellensystems, beispielsweise über den Elektromotor 34 des Verdichters 33 sowie die Stellmittel 24, 38 etc. des Brennstoffzellensystems 100. Zudem steuert die Steuereinheit 60 den Wechselrichter 43, um den Traktionsmotor 51 mit Energie zu versorgen, sowie den Wandler 45 und gegebenenfalls andere Wandler, um den Energiespeicher 44 zu laden oder zu entladen und die an das Stromnetz angeschlossenen Verbraucher mit Energie zu versorgen.Depending on the fuel cell stack 10 to be asked power demand P stack determines the control unit 60 From calculations or correspondingly stored maps, the required mass flows or operating pressures of the anode and cathode operating medium and controls the supply of the fuel cell system, for example via the electric motor 34 of the compressor 33 as well as the adjusting means 24 . 38 etc. of the fuel cell system 100 , In addition, the control unit controls 60 the inverter 43 to the traction engine 51 to provide energy, as well as the converter 45 and optionally other transducers to the energy storage 44 to charge or discharge and to supply the consumers connected to the mains with energy.

Gemäß dem Stand der Technik wird zwischen einer ersten vergangenen Zeit tv1 und der aktuellen Zeit aus einem Pedalwert als Stellwert mittels einer in der Steuereinheit abgespeicherten Übertragungsfunktion eine Leistungsanfrage Puse des Elektromotors 51 ermittelt. Mit einer der Leistungsanfrage Puse entsprechenden Stapelnettoleistung Pnetto hat die Steuereinheit eine vom dem Brennstoffzellenstapel 10 anzufordernde Stapelleistung Pstack ermittelt. Aufgrund der Massenträgheit der Betriebsmittelströme ist der Anstieg der Stapelleistung Pstack gegenüber der Leistungsanfrage Puse zeitlich verzögert. Zudem kommt es aufgrund eines lokalen Maximums Paux max einer Leistungsaufnahme Paux der Nebenaggregate des Brennstoffzellensystems zu einem lokalen Minimum der verfügbaren Stapelnettoleistung Pnetto, wodurch der Anstieg der Nettoleistung Pnetto gegenüber dem Anstieg der Stapelleistung Pstack zusätzlich verzögert ist.According to the prior art, between a first time elapsed t v1 and the current time from a pedal value as a control value by means of a transfer function stored in the control unit, a power request P use of the electric motor 51 determined. With a stacking net power P net corresponding to the power request P use , the control unit has one from the fuel cell stack 10 to be requested stacking power P stack determined. Due to the inertia of the resource streams, the increase in stack power P stack is delayed in time from the power request P use . In addition, due to a local maximum P aux max of a power consumption P aux of the ancillary components of the fuel cell system, a local minimum of the available stacking net power P net occurs , whereby the net power increase P net is additionally delayed from the increase in stack power P stack .

3 zeigt einen Verlauf eines Pedalwerts xj(t) als Stellwertverlauf eines Pedalwertgebers (PWG), den Verlauf einer korrespondierenden Leistungsanfrage und einen prognostizierten Stellwert. Zum Zeitpunkt t bestimmt die Steuereinheit anhand eines aktuellen Stellwerts x(t) und eines vergangenen Stellwerts xj(tv1) einen Gradienten des Stellwerts x .j(t, tv1) = (xj(t) – xj(tv1))/(t – tv1)) und daraus für einen ersten zukünftigen Zeitpunkt tz1 einen prognostizierten Stellwert xj*(tz1) = xj(t) + x .j(t, tv1)*(tz1 – t). Anhand des prognostizierten Stellwerts ermittelt die Steuereinheit zum Zeitpunkt t eine (nicht dargestellte) prognostizierte Leistungsanfrage P*use. 3 shows a curve of a pedal value x j (t) as the manipulated variable curve of a pedal encoder (PWG), the course of a corresponding power request and a predicted control value. At the time t, the control unit determines a gradient of the control value x on the basis of a current control value x (t) and of a last control value x j (t v1 ). j (t, t v1 ) = (x j (t) -x j (t v1 )) / (t-t v1 )) and from this for a first future time t z1 a predicted manipulated value x j * (t z1 ) = x j (t) + x. j (t, t v1 ) * (t z1 -t). Based on the predicted control value, the control unit determines a predicted power request P * use (not shown) at time t.

4 zeigt den Verlauf eines Pedalwerts als Stellwertverlauf eines Pedalwertgebers (PWG) und den Verlauf eines alternativ prognostizierten Stellwerts. Die Steuereinheit bestimmt anhand zweier vergangener Werte des Stellwerts xj(tvi) die Gradienten x .j1, x .j2 und x .j3 des Stellwerts und anhand eines aktuellen Stellwerts xj(t) und eines vergangenen Stellwerts xj(t) den Gradienten x .j4 des Stellwerts. Die Steuereinheit ermittelt zum Zeitpunkt t einen prognostizierten Stellwert für einen zukünftigem Zeitpunkt tz1 gemäß xj*(tz1) = xj(t) + (F1*x .j1 + F2*x .j2 + F3*x .j3 + F4*x .j4)*(tz1 – t). Dabei wird der Verlauf des Stellwerts während mehrerer vergangener Zeitabschnitte berücksichtigt und fließt gemäß den Gewichtungsfaktoren F1, F2, F3 und F4 verschieden stark in die Prognose des Stellwerts xj*(tz1) ein. 4 shows the course of a pedal value as a control value variation of a pedal encoder (PWG) and the course of an alternatively predicted control value. The control unit determines the gradients x on the basis of two past values of the manipulated variable x j (t vi ). j1 , x. j2 and x. j3 of the control value and the gradient x based on a current control value x j (t) and a last control value x j (t). j4 of the control value . The control unit determines a predicted manipulated variable for a future time t z1 according to x j * (t z1 ) = x j (t) + (F1 * x.j1 + F2 * x.j2 + F3 * x.j3 + F4) at time t * x. j4 ) * (t z1 - t). The course of the control value during several past Time segments are considered and, according to the weighting factors F1, F2, F3 and F4, different degrees of influence in the prediction of the manipulated variable x j * (t z1 ).

5 zeigt den Verlauf eines Pedalwerts als Stellwertverlauf eines Pedalwertgebers (PWG), den Verlauf einer korrespondierenden Leistungsanfrage und den Verlauf einer prognostizierten Leistungsanfrage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Anhand des wie in der 3 oder der 4 dargestellten ermittelten prognostizierten Stellwerts xj*(tz1) ermittelt die Steuereinheit zum Zeitpunkt t eine prognostizierte Leistungsanfrage P*use für den Zeitpunkt tz1. Somit liegt bereits zum Zeitpunkt t die für den Zeitpunkt tz1 erwartete Leistungsanfrage P*use vor und die Steuereinheit ermittelt in einem nicht dargestellten nächsten Schritt mit P*use = P*netto und P*aux = f(P*netto) eine prognostizierte Stapelleistung P*stack. Fordert die Steuereinheit die prognostizierte Stapelleistung P*stack bereits zum Zeitpunkt t vom Brennstoffzellenstapel an, steht eine der prognostizierten LeistungsanfrageP*use entsprechende prognostizierte Stapelnettoleistung P*netto zum Zeitpunkt tz1 verzögerungsfrei zur Verfügung. Wird zum Zeitpunkt tzl im Gegensatz zur Prognose weniger Leistung als P*use angefragt, wird die aufgrund der prognostizierten Leistungsanfrage bereitgestellte überschüssige Leistung in einen Energiespeicher 44 eingespeist oder anderen Verbrauchern, beispielsweise einem Klimasystem, zugeführt. 5 shows the course of a pedal value as Stellwertverlauf of a pedal encoder (PWG), the course of a corresponding power request and the course of a predicted power request according to an embodiment of the invention. On the basis of how in the 3 or the 4 shown calculated predicted control value x j * (t z1) the control unit determines the time t a predicted power demand P * use for time t z1. Thus, the power request P * use expected for the time t z1 is already present at the time t and the control unit determines a predicted stack power in a next step (not shown) with P * use = P * net and P * aux = f (P * net ) P * stack . If the control unit requests the predicted stack power P * stack from the fuel cell stack already at time t, a predicted stack power P * net at the time t z1 corresponding to the predicted power request P * use is available without delay. If less power than P * use is requested at time t zl in contrast to the prognosis, the excess power provided on the basis of the predicted power request becomes energy storage 44 fed or other consumers, such as a climate system supplied.

6 zeigt den Verlauf einer Leistungsanfrage, einer prognostizierten Leistungsanfrage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, einer Stapelleistung, einer Stapelnettoleistung und einer Leistungsaufnahme zumindest eines Nebenaggregats bei einer Erhöhung der Leistungsanfrage. Zum Zeitpunkt t steigt eine Leistungsanfrage Puse unter Kontrolle der Steuereinheit deutlich an. Dabei ist es für die hier erläuterte Ausführungsform unerheblich, ob die Leistungsanfrage Puse aufgrund einer aktuellen Stellwertänderung, beispielsweise einer Pedalwertänderung, hochflankt oder ob die Leistungsanfrage auf eine, wie mit Bezug zur 5 erläutert, zum Zeitpunkt t bestimmte prognostizierte Leistungsanfrage P*use für einen nicht gezeigten zukünftigen Zeitpunkt tz1 hochflankt. In beiden Fällen ermittelt die Steuereinheit aus einem Kennfeld eine prognostizierte maximale Leistungsaufnahme Paux max, die bei einem Erhöhen der aktuellen Stapelleistung Pstack(t) auf eine erhöhte oder prognostizierte Stapelleistung Pstack mit der hochgeflankten Leistungsanfrage Puse = Pnetto zu erwarten ist. Daraus bestimmt die Steuereinheit eine Übergangsstapelleistung P*use(tim3), sodass P*netto(tim3)= Paux max Diesen Schritt wiederholt die Steuereinheit rekursiv und bestimmt somit in einem nächsten Schritt eine zweite prognostizierte maximale Leistungsaufnahme Paux max2, die bei einem Erhöhen der aktuellen Stapelleistung Pstack(t) auf eine erhöhte Stapelleistung Pstack mit der Übergangsstapelleistung P*use(tim3) = Pnetto zu erwarten ist. Daraus bestimmt die Steuereinheit eine zweite Übergangsstapelleistung P*use(tim2), sodass P*netto(tim2) = Paux max2. Schließlich bestimmt die Steuereinheit eine dritte prognostizierte maximale Leistungsaufnahme Paux max3, die bei einem Erhöhen der aktuellen Stapelleistung Pstack(t) auf eine erhöhte Stapelleistung Pstack mit der Übergangsstapelleistung P*use(tim2) = Pnetto zu erwarten ist. Daraus bestimmt die Steuereinheit eine zweite Übergangsstapelleistung P*use(tim1), sodass P*netto(tim1) = Paux max3. Schließlich erhöht die Steuereinheit in einem ersten Schritt und zu einer ersten Zeit tim1 die aktuelle Stapelleistung Pstack(t) auf P*use(tim1), erhöht in einem zweiten Schritt und zu einer zweiten Zeit tim2 die Stapelleistung weiter auf P*use(tim2) und erhöht schließlich in einem dritten Schritt und zu einer dritten Zeit tim3 die Stapelleistung weiter auf P*use(tim3). 6 12 shows the course of a power request, a predicted power request according to an embodiment of the invention, a stack performance, a stacking net power, and a power consumption of at least one accessory when the power request is increased. At time t, a power request P use increases significantly under control of the control unit. It is irrelevant for the embodiment explained here whether the power request P use fl ows up due to a current control value change, for example a change in the pedal value, or whether the power request is applied to one as described with reference to FIG 5 explains that at the time t, certain predicted power request P * use is boosted for a future time t z1, not shown. In both cases, the control unit determines from a map a predicted maximum power consumption P aux max , which is to be expected when the current stack power P stack (t) is raised or increased or predicted stack power P stack with the highly contended power request P use = P net . From this, the control unit determines a transition stack power P * use (t im3 ) such that P * net (t im3 ) = P aux max. This step repeats the control unit recursively and thus determines in a next step a second predicted maximum power consumption P aux max 2 which at increasing the current stack power P stack (t) to an increased stack power P stack with the transition stack power P * use (t im3 ) = P net . From this, the controller determines a second transition stack power P * use (t im2 ) such that P * net (t im2 ) = P aux max 2 . Finally, the control unit determines a third predicted maximum power consumption P aux max3 which is to be expected on increasing the current stack power P stack (t) to an increased stack power P stack with the transition stack power P * use (t im2 ) = P net . From this, the controller determines a second transition stack power P * use (t im1 ) such that P * net (t im1 ) = P aux max3 . Finally, in a first step and at a first time t im1 , the control unit increases the current stacking power P stack (t) to P * use (t im1 ), increases the stacking power further to P * in a second step and at a second time t im2 use (t im2 ) and finally increases the stacking power to P * use (t im3 ) in a third step and at a third time t im3 .

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
BrennstoffzellensystemThe fuel cell system
200200
Fahrzeugvehicle
1010
Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
1111
Einzelzellesingle cell
1212
Anodenraumanode chamber
1313
Kathodenraumcathode space
1414
PolymerelektrolytmembranPolymer electrolyte membrane
1515
Bipolarplattebipolar
2020
Anodenversorgunganode supply
2121
AnodenversorgungspfadAnode supply path
2222
AnodenabgaspfadAnode exhaust gas path
2323
Brennstofftankfuel tank
2424
Stellmittelactuating means
2525
BrennstoffrezirkulationsleitungBrennstoffrezirkulationsleitung
2626
Rezirkulationsfördereinrichtungrecirculation conveyor
3030
Kathodenversorgungcathode supply
3131
KathodenversorgungspfadCathode supply path
3232
KathodenabgaspfadCathode exhaust path
3333
Verdichtercompressor
3434
Elektromotorelectric motor
3535
Leistungselektronikpower electronics
3636
Turbineturbine
3737
Wastegate-LeitungWaste gate line
3838
Stellmittelactuating means
3939
Befeuchtermodulhumidifier
4040
elektrisches Leistungssystemelectrical power system
4141
Spannungssensorvoltage sensor
4242
Stromsensorcurrent sensor
4343
Wechselrichterinverter
4444
Energiespeicherenergy storage
4545
GleichstromwandlerDC converter
5050
Antriebssystemdrive system
5151
Traktionsmotortraction engine
5252
Antriebsachsedrive axle
5353
Antriebsräderdrive wheels
6060
Steuereinheitcontrol unit

Claims (10)

Fahrzeug (200), aufweisend ein Brennstoffzellensystem (100) mit einem Brennstoffzellenstapel (10) zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung Pstack, zumindest einem Nebenaggregat (24, 26, 33, 34, 38) mit elektrischer Leistungsaufnahme Paux zum Betrieb des Brennstoffzellenstapels (10) und einer Nettoleistung Pnetto = Pstack – Paux; zumindest einen Verbraucher (44, 51) mit einer von einem Stellwert x(t) abhängigen elektrischen Leistungsanfrage Puse; und eine Steuereinheit (60); dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (60) dafür eingerichtet ist, aus über einen bestimmten Zeitraum erfassten Werten des Stellwerts x(t) einen Verlauf des erfassten Stellwerts und damit einen prognostizierten Stellwert x*(tzl) zu ermitteln; aus dem prognostizierten Stellwert x*(tzl) eine prognostizierte Leistungsanfrage P * / use und daraus eine prognostizierte Stapelleistung P * / stack zu ermitteln; und eine aktuelle Stapelleistung Pstack(t) um ΔPstack = P * / stack – Pstack(t) zu erhöhen.Vehicle ( 200 ), comprising a fuel cell system ( 100 ) with a fuel cell stack ( 10 ) for providing an electric power P stack , at least one ancillary unit ( 24 . 26 . 33 . 34 . 38 ) with electrical power consumption P aux for operating the fuel cell stack ( 10 ) and a net power P net = P stack - P aux ; at least one consumer ( 44 . 51 ) with an electric power request P use dependent on a manipulated variable x (t); and a control unit ( 60 ); characterized in that the control unit ( 60 ) is set up to ascertain a progression of the detected manipulated variable and thus a predicted manipulated variable x * (t zl ) from values of the manipulated variable x (t) acquired over a specific period of time; from the predicted control value x * (t zl ) a predicted power request P * / use and from this a predicted stack performance P * / stack to investigate; and a current stack performance P stack (t) by ΔP stack = P * / stack - P stack (t) to increase. Fahrzeug (200), aufweisend ein Brennstoffzellensystem (100) mit einem Brennstoffzellenstapel (10) zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung Pstack, zumindest einem Nebenaggregat (24, 26, 33, 34, 38) mit elektrischer Leistungsaufnahme Paux zum Betrieb des Brennstoffzellenstapels (10) und einer Nettoleistung Pnetto = Pstack – Paux; zumindest einen Verbraucher (44, 51) mit einer von einem Stellwert x(t) abhängigen elektrischen Leistungsanfrage Puse; und eine Steuereinheit (60); dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (60) dafür eingerichtet ist, vor dem Erhöhen einer aktuellen Stapelleistung Pstack(t) um ΔPstack eine prognostizierte maximale Leistungsaufnahme P max / aux des zumindest einen Nebenaggregats (24, 26, 33, 34, 38) beim Erhöhen der Stapelleistung um ΔPstack und, mit P max / aux + Pnetto(t) = P im / netto und P im / aux = f(P im / netto) , eine Übergangsstapelleistung P im / stack = P im / netto + P im / aux zu ermitteln; und die aktuelle Stapelleistung Pstack(t) zunächst auf P im / stack und anschließend um ΔP im / stack = ΔPstack + Pstack(t) – P im / stack zu erhöhen.Vehicle ( 200 ), comprising a fuel cell system ( 100 ) with a fuel cell stack ( 10 ) for providing an electric power P stack , at least one ancillary unit ( 24 . 26 . 33 . 34 . 38 ) with electrical power consumption P aux for operating the fuel cell stack ( 10 ) and a net power P net = P stack - P aux ; at least one consumer ( 44 . 51 ) with an electric power request P use dependent on a manipulated variable x (t); and a control unit ( 60 ); characterized in that the control unit ( 60 ) is adapted to increase a predicted maximum power consumption by ΔP stack before increasing a current stack power P stack (t) P max / aux of the at least one ancillary unit ( 24 . 26 . 33 . 34 . 38 ) when increasing the stacking power by ΔP stack and, with P max / aux + P net (t) = P in / net and P in / aux = f (P in / net) , a transitional stack performance P in / stack = P in / net + P in / aux to investigate; and the current stack power P stack (t) first P in / stack and then around ΔP in / stack = ΔP stack + P stack (t) - P in / stack to increase. Fahrzeug (200) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Stellwert x(t) um eine fahrerspezifische Größe, insbesondere um einen Pedalwinkel oder einen Pedalwinkelgradienten, handelt.Vehicle ( 200 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the manipulated variable x (t) is a driver-specific variable, in particular a pedal angle or a pedal angle gradient. Fahrzeug (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (60) ferner dafür eingerichtet ist, die prognostizierte Leistungsanfrage P * / use in Abhängigkeit von dem prognostizierten Stellwert x*(tzl) und in Abhängigkeit von zumindest einem aktuellen Fahrzeugparameter und/oder zumindest einem prognostizierten Fahrzeugparameter zu ermitteln.Vehicle ( 200 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit ( 60 ) is further adapted to the forecasted performance request P * / use as a function of the predicted manipulated variable x * (t zl ) and as a function of at least one current vehicle parameter and / or at least one predicted vehicle parameter . Fahrzeug (200) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Verbraucher einen Elektromotor (51) aufweist und der aktuelle Fahrzeugparameter eine Drehzahl des Elektromotors (51) ist und/oder der aktuelle Fahrzeugparameter eine Radrehzahl, eine Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine Fahrzeugbeschleunigung ist.Vehicle ( 200 ) according to claim 4, characterized in that the at least one consumer an electric motor ( 51 ) and the current vehicle parameter has a rotational speed of the electric motor ( 51 ) and / or the current vehicle parameter is a wheel speed, a vehicle speed and / or a vehicle acceleration. Fahrzeug (200) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine prognostizierte Fahrzeugparameter in Abhängigkeit eines Gradienten erfasster Werte des Fahrzeugparameters und/oder anhand von aktuellen und/oder prognostizierten Umgebungsdaten, insbesondere einer aktuellen oder prognostizierten Fahrbahnsteigung und/oder eines aktuellen oder prognostizierten Kurvenradius, ermittelt wird.Vehicle ( 200 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the at least one predicted vehicle parameter as a function of a gradient of detected values of the vehicle parameter and / or based on current and / or predicted environmental data, in particular a current or predicted road gradient and / or a current or predicted curve radius , is determined. Fahrzeug (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (60) ferner dafür eingerichtet ist, über einen bestimmten Zeitraum Δt = {tvi, tvi+1, ..., tv(i+k), ..., t} eine Mehrzahl zeitabhängiger Stellwert xj(t) zu erfassen und zumindest einen Gradienten
Figure DE102016206512A1_0002
oder
Figure DE102016206512A1_0003
des zumindest einen erfassten Stellwerts x(t) zu ermitteln und für zumindest einen zukünftigen Zeitpunkt tzl zumindest einen prognostizierten Stellwert xj*(t, tzl) = x(t) + x .j(t, tvi)*(tzl – t) oder xj*(t, tzl) = xj(t) + x .j(tv(i+k), tvi)*(tzl – t) zu ermitteln.
Vehicle ( 200 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit ( 60 ) is further adapted to detect a plurality of time-dependent manipulated variable x j (t) over a certain period Δt = {t vi , t vi + 1 , ..., t v (i + k) , ..., t} and at least one gradient
Figure DE102016206512A1_0002
or
Figure DE102016206512A1_0003
the at least one detected control value x (t) and for at least one future time t zl at least one predicted control value x j * (t, t zl ) = x (t) + x. j (t, t vi ) * (t zl - t) or x j * (t, t zl ) = x j (t) + x. j (t v (i + k) , t vi ) * (t zl - t).
Fahrzeug (200) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (60) ferner dafür eingerichtet ist, den zumindest einen vergangenen Zeitpunkt tvi und/oder tv(i+k) und den zumindest einen zukünftigen Zeitpunkt tzl in Abhängigkeit eines Betriebsmodus des Fahrzeugs (200) und/oder einer Betriebszeit des Brennstoffzellenstapels (100) und/oder des Fahrzeugs (200) zu wählen.Vehicle ( 200 ) according to claim 7, characterized in that the control unit ( 60 ) is further arranged for the at least one past time t vi and / or t v (i + k) and the at least one future time t zl depending on an operating mode of the vehicle ( 200 ) and / or an operating time of the fuel cell stack ( 100 ) and / or the vehicle ( 200 ) to choose. Fahrzeug (200) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (60) ferner dafür eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem zumindest einen prognostizierten Stellwert xj*(t, tzl) zumindest eine prognostizierte Leistungsanfrage P * / use(xj*(t, tzl)) und, mit P * / use(xj*(t, tzl) = P * / netto(i, j, l) und P * / aux(i, j, l) = f(P * / netto(i, j, l)) , zumindest eine prognostizierte Stapelleistung P * / stack(i, j, l) = P * / netto(i, j, l) + P * / aux(i, j, l) zu ermitteln; und eine aktuelle Stapelleistung Pstack(t) um
Figure DE102016206512A1_0004
zu erhöhen.
Vehicle ( 200 ) according to claim 7 or 8, characterized in that the control unit ( 60 ) is further arranged for, depending on the at least one predicted manipulated variable x j * (t, t zl ) at least one predicted power request P * / use (x j * (t, t zl )) and with P * / use (xj * (t, t zl ) = P * / net (i, j, l) and P * / aux (i, j, l) = f (P * / net (i, j, l)) , at least one forecast stack performance P * / stack (i, j, l) = P * / net (i, j, l) + P * / aux (i, j, l) to investigate; and a current stacking power P stack (t)
Figure DE102016206512A1_0004
to increase.
Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (200), aufweisend ein Brennstoffzellensystem (100) mit einem Brennstoffzellenstapel (10) zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung Pstack zumindest einem Nebenaggregat (24, 26, 33, 34, 38) mit elektrischer Leistungsaufnahme Paux zum Betrieb des Brennstoffzellenstapels (10) und einer Nettoleistung Pnetto = Pstack Paux; zumindest einen Verbraucher (44, 51) mit einer von einem Stellwert x(t) abhängigen elektrischen Leistungsanfrage Puse; und eine Steuereinheit (60); wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: Erfassen des Stellwerts x(tvi) über einen bestimmten Zeitraum Δt = {tvi, tvi+1, ..., tv(i+k), ..., t}, Ermitteln eines Verlaufs des erfassten Stellwerts und damit Ermitteln eines prognostizierten Stellwerts x*(tzl); Ermitteln einer prognostizierten Leistungsanfrage Puse in Abhängigkeit von dem zumindest einen prognostizierten Stellwert x*(tzl); Ermitteln einer prognostizierten Stapelleistung P * / stack in Abhängigkeit von der prognostizierten Leistungsanfrage P * / use; und Erhöhen einer aktuellen Stapelleistung Pstack(t) um ΔPstack = P * / stack – Pstack(t). Method for operating a vehicle ( 200 ), comprising a fuel cell system ( 100 ) with a fuel cell stack ( 10 ) for providing an electric power P stack at least one accessory ( 24 . 26 . 33 . 34 . 38 ) with electrical power consumption P aux for operating the fuel cell stack ( 10 ) and a net power P net = P stack P aux ; at least one consumer ( 44 . 51 ) with an electric power request P use dependent on a manipulated variable x (t); and a control unit ( 60 ); the method comprising the following method steps: detecting the manipulated value x (t vi ) over a certain period Δt = {t vi , t vi + 1 , ..., t v (i + k) , ..., t}, Determining a course of the detected control value and thus determining a predicted control value x * (t zl ); Determining a predicted power request P use as a function of the at least one predicted power value x * (t zl ); Determine a forecast stack performance P * / stack depending on the predicted service request P * / use; and increasing a current stack performance P stack (t) by ΔP stack = P * / stack - P stack (t).
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