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Title:
METHOD FOR OPERATING AN AIR SUPPLY DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/111956
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating an air supply device in a motor vehicle which comprises a fuel cell system having at least one air supply device, which device comprises at least one gas bearing which, by forming a gaseous film, operates in an almost wear-free manner above a lift-off speed, wherein the air supply device is operated at an idle speed (32) in operating states of the motor vehicle in which the fuel cell system requires little or no air from the air supply device. In order to improve the operating efficiency of the fuel cell system in a motor vehicle, the magnitude of the idle speed (32) is increased during operation of the motor vehicle on the basis of a dynamic load that acts externally on the gas bearing to the extent that the gaseous film is stabilised in the dynamically loaded gas bearing.

Inventors:
FOERSTER FELIX (DE)
SCHAEUFFELE BENJAMIN (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/080448
Publication Date:
June 02, 2022
Filing Date:
November 03, 2021
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
H01M8/04111
Foreign References:
DE102015222551A12017-05-18
DE112013002056T52015-01-08
DE102015211447A12016-06-30
DE102013104324A12013-12-19
DE102018221531A12020-06-18
DE102014223126A12016-05-12
DE102008042550A12010-04-08
EP1882094B12015-08-12
DE102012224052A12014-06-26
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben einer Luftzuführvorrichtung (5) in einem Kraftfahrzeug, das ein Brennstoffzellensystem (1) mit mindestens einer Luftzuführvorrichtung (5) umfasst, die mindestens ein Gaslager (104,105,106) umfasst, das durch Ausbildung eines Gasfilms oberhalb einer Abhebedrehzahl nahezu verschleißfrei arbeitet, wobei die Luftzuführvorrichtung (5) in Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs, in denen das Brennstoffzellensystem (1) nur wenig oder gar keine Luft von der Luftzuführvorrichtung (5) benötigt, mit einer Ruhedrehzahl (32) betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Ruhedrehzahl (32) im Betrieb des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von einer von außen auf das Gaslager (104,105,106) wirkenden dynamischen Belastung (31) so weit erhöht wird, dass der Gasfilm in dem dynamisch belasteten Gaslager (104,105,106) stabil aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Minimalruhedrehzahl (30) in einem Betrieb des Kraftfahrzeugs ohne von außen auf das Gaslager (104,105,106) wirkende dynamische Belastung mit einer vergleichsweise geringen Sicherheitsreserve etwas größer als die Abhebedrehzahl ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzuführvorrichtung (5) in Ruhezuständen, in denen das Kraftfahrzeug stillsteht, nicht gestoppt, sondern mit der Minimalruhedrehzahl (30) betrieben wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von außen auf das Gaslager (104,105,106) wirkende dynamische Belastung (31) Beschleunigungen/Vibrationen umfasst, die im Betrieb des Kraftfahrzeugs erfasst werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von außen auf das Gaslager (104,105,106) wirkende dynamische Belastung (31) mit einem in dem Kraftfahrzeug vorhandenen Schlechtwegerkennungssystem erfasst wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von außen auf das Gaslager (104,105,106) wirkende dynamische Belastung (31) im Betrieb des Kraftfahrzeugs mit einer geeigneten Sensorik erfasst und in einem Steuergerät des Brennstoffzellensystems (2) verwendet wird, um eine beziehungsweise die Minimalruhedrehzahl (30) der Luftzuführvorrichtung (5) auf eine belastungsabhängige Belastungsruhedrehzahl (32) zu erhöhen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die belastungsabhängige Belastungsruhedrehzahl (32) im Betrieb des Kraftfahrzeugs der kraftfahrzeugintern erfassten dynamischen Belastung (31) nachgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die belastungsabhängige Belastungsruhedrehzahl (32) der Luftzuführvorrichtung (5) wieder auf die Minimalruhedrehzahl (30) abgesenkt wird, sobald mit der Sensorik erfasst wird, dass die dynamische Belastung (31) im Betrieb des Kraftfahrzeugs nachgelassen hat.

9. Steuergerät, das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.

10. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Softwaremittel zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.

Description:
Beschreibung

Titel

Verfahren zum Betreiben einer Luftzuführvorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Luftzuführvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, das ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Luftzuführvorrichtung umfasst, die mindestens ein Gaslager umfasst, das durch Ausbildung eines Gasfilms oberhalb einer Abhebedrehzahl nahezu verschleißfrei arbeitet, wobei die Luftzuführvorrichtung in Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs, in denen das Brennstoffzellensystem nur wenig oder gar keine Luft von der Luftzuführvorrichtung benötigt, mit einer Ruhedrehzahl betrieben wird.

Stand der Technik

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2018221 531 Al ist ein Verfahren zum Betreiben eines Luftverdichtungssystems für ein Brennstoffzellensystem bekannt, wobei eine Rotorwelle bei jedem Start- beziehungsweise bei jedem Stopp-Vorgang einen kritischen Betriebsbereich durchläuft, bei dem die Drehzahl der Rotorwelle unter der Abhebedrehzahl liegt, so dass es zum Kontakt der Rotorwelle mit dem jeweiligen Lagerbauteil und damit zu einer signifikanten Reibung kommt, wobei zur Verkürzung einer Auslaufzeit der Rotorwelle im Start- Stopp-Betrieb verschiedene Maßnahmen durchgeführt werden. Die deutsche Offenlegungsschrift DE 102014223 126 Al offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer Fluidfördereinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit mindestens einem aerodynamischen Lager, umfassend die Schritte: Reduzieren der Drehzahl des aerodynamischen Lagers auf eine Ruhedrehzahl, wobei die Ruhedrehzahl unterhalb der Anhebedrehzahl liegt, bei der das Lager einen Luftfilm zur mischreibungsfreien Lagerung aufbaut, und wobei die Ruhedrehzahl oberhalb einer Absenkdrehzahl liegt, bei der das Lager den Luftfilm derart reduziert hat, dass Mischreibung eintritt, und Betreiben des Lagers der Fluidfördereinrichtung mit der Ruhedrehzahl.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die Effizienz im Betrieb eines Brennstoffzellensystems in einem Kraftfahrzeug zu verbessern.

Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betreiben einer Luftzuführvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, das ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Luftzuführvorrichtung umfasst, die mindestens ein Gaslager umfasst, das durch Ausbildung eines Gasfilms oberhalb einer Abhebedrehzahl nahezu verschleißfrei arbeitet, wobei die Luftzuführvorrichtung in Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs, in denen das Brennstoffzellensystem nur wenig oder gar keine Luft von der Luftzuführvorrichtung benötigt, mit einer Ruhedrehzahl betrieben wird, dadurch gelöst, dass die Größe der Ruhedrehzahl im Betrieb des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von einer von außen auf das Gaslager wirkenden dynamischen Belastung so weit erhöht wird, dass der Gasfilm in dem dynamisch belasteten Gaslager stabil aufrechterhalten wird. Die Ruhedrehzahl kann auch als Idle-Drehzahl bezeichnet werden, wobei der englische Begriff Idle im Deutschen Leerlauf bedeutet. Bei der Luftzuführvorrichtung handelt es sich zum Beispiel um einen elektrisch angetriebenen Luftverdichter. Über den vorzugsweise elektrischen Antrieb des Luftverdichters kann dessen Drehzahl verändert werden. Die zum Beispiel einen Luftverdichter umfassende Luftzuführvorrichtung wird auch Turbomaschine bezeichnet. In der Turbomaschine ist der Luftverdichter antriebsmäßig zum Beispiel mit einer Turbine verbunden, die mit Abgas des Brennstoffzellensystems betrieben wird. Die Gaslager werden vorteilhaft mit Luft betrieben und werden daher auch als Luftlager bezeichnet. Zur antriebsmäßigen Verbindung eines Verdichterrads mit einem zum elektrischen Antrieb verwendeten Elektromotor, dient zum Beispiel eine Welle, die mit Gaslagern radial und/oder axial gelagert ist. In Abhängigkeit von einer Relativgeschwindigkeit zwischen der Welle und dem Lager kommt es zu einem gewünschten Aufschwimmen der Welle auf dem Gasfilm. Allerdings bildet sich der Gasfilm oder Luftfilm erst ab der sogenannten Abhebedrehzahl. Beim Starten und Stoppen der Luftzuführeinrichtung entsteht ein kurzer Bereich der Mischreibung, die in den Lagern Verschleiß verursacht. Solange die Welle auf dem Luftfilm aufschwimmt, arbeitet das Lager nahezu verschleißfrei. Der Luftfilm ist stabiler, je höher die Drehzahl ist. Wenn die Maschine in Bereichen eingesetzt wird, in denen zum Beispiel Vibrationen auftreten, wie sie beim Fahren des Kraftfahrzeugs auf einem Schlechtweg auftreten, wird der Luftfilm zusätzlichen Belastungen ausgesetzt. Das kann dazu führen, dass der Luftfilm zusammenbricht, was unerwünscht ist. Dem wird durch das beanspruchte Verfahren entgegengewirkt, indem die Ruhedrehzahl oder Idle-Drehzahl angehoben wird, bis der Luftfilm stabil genug für die auftretenden beziehungsweise zu erwartenden Belastungen ist. Die Ruhedrehzahl der Luftzuführvorrichtung wird der aktuellen Belastung angepasst. Daraus ergeben sich folgende Vorteile. Erstens kann die Ruhedrehzahl oder Idle-Drehzahl geringer gewählt werden als in herkömmlichen Brennstoffzellensystemen. So kann der Leistungsverbrauch oder Energieverbrauch der Luftzuführvorrichtung im Ruhebetrieb oder Idle-Betrieb deutlich reduziert werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden auch höhere gegebenenfalls nicht vorhergesehene Belastungen erkannt und beim Anpassen, insbesondere Erhöhen, der Ruhedrehzahl berücksichtigt. So kann die Lebensdauer der Luftzuführvorrichtung signifikant verlängert werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Minimalruhedrehzahl in einem Betrieb des Kraftfahrzeugs ohne von außen auf das Gaslager wirkende dynamische Belastung mit einer vergleichsweise geringen Sicherheitsreserve etwas größer als die Anhebedrehzahl ist.

Die Minimalruhedrehzahl liegt vorzugsweise zwischen fünftausend und zwanzigtausend Umdrehungen pro Minute, bei manchen Maschinen eventuell auch darunter. Die Abhebedrehzahl liegt etwas unter der Minimalruhedrehzahl, vorzugsweise minimal bei zweitausend Umdrehungen pro Minute. Die Sicherheitsreserve sollte dreitausend bis fünftausend Umdrehungen pro Minute betragen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzuführvorrichtung in Ruhezuständen, in denen das Kraftfahrzeug stillsteht, nicht gestoppt, sondern mit der Minimalruhedrehzahl betrieben wird. Dabei handelt es sich vorzugsweise um zeitlich begrenzte Ruhezustände. Das können Ampelphasen oder Stillstandzeiten in einem Stopp and Go-Betrieb sein. Da die Minimalruhedrehzahl deutlich geringer ist als eine herkömmliche Ruhedrehzahl oder Idle-Drehzahl kann in den Ruhezuständen auf ein Stoppen der Luftzuführvorrichtung verzichtet werden, ohne dass der Energieverbrauch signifikant ansteigt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die von außen auf das Gaslager wirkende dynamische Belastung Beschleunigungen/Vibrationen umfasst, die im Betrieb des Kraftfahrzeugs erfasst werden. Im Betrieb des Kraftfahrzeugs werden vorteilhaft alle äußeren Kräfte gemessen, die den Betrieb der gasgelagerten, insbesondere luftgelagerten, Luftzuführvorrichtung im Hinblick auf eine gewünschte stabile Ausbildung des Gasfilms, insbesondere Luftfilms, beeinflussen. Dabei können Beschleunigungssensoren zum Einsatz kommen, die direkt an der Luftzuführvorrichtung, zum Beispiel an einem Gehäuse der Luftzuführvorrichtung, angebracht sind. Es können aber auch Sensoren verwendet werden, die bereits im Kraftfahrzeug verbaut sind. Zur lastabhängigen Regelung der Ruhedrehzahl oder Idle-Drehzahl der Luftzuführvorrichtung können vorteilhaft Stromsensoren einer Drehzahlregelung eines elektrischen Antriebs der Luftzuführvorrichtung verwendet werden. Die Ruhedrehzahl oder Idle-Drehzahl der Luftzuführvorrichtung wird im Betrieb des Kraftfahrzeugs über ein Steuergerät des Brennstoffzellensystems, insbesondere der Luftzuführvorrichtung, an die aktuelle Last angepasst. So kann die minimale Ruhedrehzahl oder Idle-Drehzahl im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs nahe an die Aufschwimmgrenze des Gaslagers gelegt werden. Sobald eine äußere Anregung hinzukommt, wird die Ruhedrehzahl oder Idle-Drehzahl soweit angehoben, dass der Gasfilm, insbesondere Luftfilm, stabil bleibt. So kann erreicht werden, dass eine mittlere verbrauchte Leistung im Ruhebetrieb oder Idle-Betrieb der Luftzuführvorrichtung viel geringer als bei herkömmlichen Brennstoffzellensystemen ist und die Luftzuführvorrichtung effizienter arbeitet.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die von außen auf das Gaslager wirkende dynamische Belastung mit einem in dem Kraftfahrzeug vorhandenen Schlechtwegerkenntnissystem erfasst wird. Vorrichtungen und Verfahren zur Erkennung einer Schlechtwegstrecke sind zum Beispiel in der deutschen Offenlegungsschrift DE 102008 042 550 Al und EP 1 882 094 Bl beschrieben.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die von außen auf das Gaslager wirkende dynamische Belastung im Betrieb des Kraftfahrzeugs mit einer geeigneten Sensorik erfasst und in einem Steuergerät des Brennstoffzellensystems verwendet wird, um eine beziehungsweise die Minimalruhedrehzahl der Luftzuführvorrichtung auf eine belastungsabhängige Belastungsruhedrehzahl zu erhöhen. So kann vorteilhaft in allen Betriebszuständen ein stabiler Gasfilm, insbesondere Luftfilm, in dem Gaslager, insbesondere Luftlager, aufrechterhalten werden. Das kann besonders vorteilhaft mit einem vergleichsweise geringen Energiebedarf beziehungsweise Leistungsbedarf realisiert werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die belastungsabhängige Belastungsruhedrehzahl im Betrieb des Kraftfahrzeugs der kraftfahrzeugintern erfassten dynamischen Belastung nachgeführt wird. Das bedeutet, dass die Belastungsruhedrehzahl abgesenkt wird, wenn die kraftfahrzeugintern erfasste dynamische Belastung sich verringert. Bei einer höheren dynamischen Belastung wird die Belastungsruhedrehzahl erhöht. Dadurch kann die Effizienz im Betrieb des Brennstoffzellensystems weiter verbessert werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die belastungsabhängige Belastungsruhedrehzahl der Luftzuführvorrichtung wieder auf die Minimalruhedrehzahl abgesenkt wird, sobald mit der Sensorik erfasst wird, dass die dynamische Belastung im Betrieb des Kraftfahrzeugs nachgelassen hat. Das kann zum Beispiel der Fall sein, wenn das Kraftfahrzeug von einer Baustelle oder einem Feldweg wieder auf einer ebenen Fahrbahnoberfläche gefahren wird. So wird auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass die Luftzuführvorrichtung möglichst lange mit ihrer Minimalruhedrehzahl betrieben wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Steuergerät, das zur Durchführung eines vorab beschriebenen Verfahrens ausgelegt ist. Dabei handelt es sich vorteilhaft um ein Steuergerät des Brennstoffzellensystems.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Softwaremittel zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Bei dem Computer handelt es sich zum Beispiel um ein Steuergerät oder um ein Teil eines Steuergeräts, mit einem derartigen Computerprogrammprodukt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:

Figur 1 mit den Figuren la, lb und lc drei kartesische Koordinatendiagramme, in denen ein Belastungsverlauf, ein Ruhedrehzahlverlauf und ein Energieverbrauch jeweils über der Zeit aufgetragen ist;

Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Verdichters mit einem Rotor, der durch drei Lager radial und axial drehbar gelagert ist; und

Figur 3 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems mit einem Luftverdichter, wie er in Figur 2 dargestellt ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 3 ist ein Brennstoffzellensystem 1 schematisch dargestellt. Brennstoffzellensysteme an sich sind bekannt, zum Beispiel aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 224052 Al. Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst eine Brennstoffzelle 3, die nur durch ein gestricheltes Rechteck angedeutet ist. Die Brennstoffzelle 3 umfasst mindestens einen Stack 2, der ersatzweise mit einem Ventilsymbol dargestellt ist.

Durch einen Pfeil 4 ist ein Luftmassenstrom angedeutet, der über eine als Luftverdichter ausgeführte Luftzuführvorrichtung 5 der Brennstoffzelle 3 zugeführt wird. Durch einen Pfeil 6 ist ein verdichteter Luftmassenstrom 6 angedeutet, von dem ein Kühlluftmassenstrom 7 abgezweigt wird. Der Kühlluftmassenstrom 7 ist ebenfalls nur durch einen Pfeil angedeutet und ist Teil eines Kühlluftpfades 19, über welchen dem Luftverdichter 5 über einen Kühllufteintritt 23 Kühlluft zugeführt wird.

Die über den Kühlluftpfad 19 zugeführte Kühlluft dient zum Beispiel zur Kühlung von Luftlagern, mit denen eine Welle des Luftverdichters 5 drehbar gelagert ist. Der Kühlluftmassenstrom 7 stellt einen Verlust im verdichteten Luftmassenstrom 6 dar, da der abgezweigte Kühlluftmassenstrom 7 nicht mehr im Stack 2 der Brennstoffzelle 3 verfügbar ist.

Da der Kühlluftmassenstrom 7 über den Luftverdichter 5 zur internen Kühlung bereitgestellt wird, ist Energie, insbesondere elektrische Energie, notwendig, um ihn zu erzeugen. Diese Energie wirkt sich negativ auf den Gesamtwirkungsgrad einer elektrischen Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs aus, das über das Brennstoffzellensystem 1 angetrieben wird.

Der verbleibende Luftmassenstrom 6 wird über eine Luftzuführleitung 8 der Brennstoffzelle 3 zugeführt. Die Brennstoffzelle 3 ist eine galvanische Zelle, die chemische Reaktionsenergie eines über eine nicht gezeigte Brennstoffzuführungsleitung zugeführten Brennstoffs und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt.

Das Oxidationsmittel ist die Luft, die über die Luftzuführleitung 8 der Brennstoffzelle 3 zugeführt wird. Der Brennstoff kann vorzugsweise Wasserstoff oder Methan oder Methanol sein. Entsprechend entsteht als Abgas Wasserdampf und Kohlendioxid. Das Abgas wird in Form eines Abgasmassenstroms 10 über eine Abgasleitung 9 abgeführt, wie durch einen Pfeil 10 angedeutet ist. Der Abgasmassenstrom 10 wird über eine Abgasturbine 11 zu einem Abgasaustritt 12 abgeführt, der durch einen Pfeil angedeutet ist. Der Luftverdichter 5 ist in der Luftzuführleitung 8 angeordnet. Die Abgasturbine 11 ist in der Abgasleitung 9 angeordnet. Der Luftverdichter 5 und die Abgasturbine 11 sind über eine Welle mechanisch verbunden.

Die Welle ist durch einen Elektromotor 14 elektrisch antreibbar. Die Abgasturbine 11 dient der Unterstützung des Elektromotors 14 beim Antreiben des Luftverdichters 5. Der Luftverdichter 5, die Abgasturbine 11, die Welle und der Elektromotor 14 bilden zusammen einen Turboverdichter 15, der auch als Turbomaschine bezeichnet wird.

Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst des Weiteren eine Bypassleitung 13, in der ein Bypassventil 16 angeordnet ist. Über die Bypassleitung 13 mit dem Bypassventil 16 kann ein Bypassluftmassenstrom 17 zur Druckabsenkung von der Luftzuführleitung 8 unter Umgehung des Stacks 2 der Brennstoffzelle 3 in die Abgasleitung 9 abgeführt werden. Das ist zum Beispiel vorteilhaft, um eine Druckabsenkung in dem über die Luftzuführleitung 8 der Brennstoffzelle 3 zugeführten Luftmassenstrom zu bewirken.

Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst des Weiteren einen Zwischenkühler 18, der durch ein gestricheltes Rechteck angedeutet ist. Der Zwischenkühler 18 dient dazu, den verdichteten Luftmassenstrom 6 zu kühlen, bevor der Kühlluftmassenstrom 7 über den Kühlluftpfad 19 abgezweigt wird.

In Figur 2 ist ein Verdichter 100 eines Brennstoffzellensystems schematisch dargestellt. Der Verdichter 100 umfasst ein Gehäuse 101, in welchem ein Elektromotor 102 angeordnet ist. Der Elektromotor 102 dient zum Antrieb eines Rotors 103 des Verdichters 100.

Der Rotor 103 des Verdichters 100 ist mit Hilfe von zwei Radial-Gaslagern 104, 105 radial in dem Gehäuse 101 gelagert. Zur axialen Lagerung des Rotors 103 dient ein Axial-Gaslager 106. An dem in Figur 2 linken Ende des Rotors 103 ist ein Verdichterrad 107 angebracht. Das Verdichterrad 107 dient zur Verdichtung von Luft, die in dem Brennstoffzellensystem bereitgestellt wird, wenn das Verdichterrad 107 über den Rotor 103 durch den Elektromotor 102 angetrieben wird.

Die Radial-Gaslager 104, 105; 106 umfassen jeweils einen Gehäusekörper 108, 109; 110. Der Rotor 103 umfasst zwei Rotorabschnitte, die auch als Rotorkörper 111, 112 bezeichnet werden, mit denen der Rotor 103 in den Radial-Gaslagern 104, 105 radial gelagert ist.

Der Rotor 103 umfasst darüber hinaus einen Rotorbund, der auch als Rotorkörper 113 bezeichnet wird. Über den Rotorkörper 113 ist der Rotor 103 durch das Axial-Gaslager 106 axial in dem Gehäuse 101 gelagert. Der Rotorkörper 113 wird auch als Axiallagerscheibe bezeichnet.

In Figur 2 sind symbolisch Sensoren 121 bis 124 angedeutet. Bei den Sensoren 121, 122 und 124 handelt es sich zum Beispiel um Beschleunigungssensoren, mit denen eine dynamische Belastung in Form von Beschleunigungen in verschiedenen Richtungen erfasst wird. Die Sensoren 121, 122 und 124 sind in Figur 2 außen am Gehäuse 101 des Verdichters 100 angebracht. Anders als dargestellt, können die Sensoren 121, 122 und 124 aber auch an verschiedenen Stellen des Kraftfahrzeugs eingebaut sein.

Je nach Ausführung werden im Rahmen des beanspruchten Verfahrens auch Sensoren genutzt, wie sie bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen zur Schlechtwegerkennung verwendet werden. Unabhängig von der Art der Sensoren kommt es darauf an, dass mit den erfassten Werten oder aus den erfassten Werten Rückschlüsse auf eine dynamische Belastung in Form von Vibrationen und/oder Schwingungen, die auf die Luftzuführvorrichtung 5 beziehungsweise den Verdichter 100 wirken, ermöglicht werden.

Mit Hilfe der Kenntnis einer erfassten äußeren dynamischen Belastung des Verdichters 100, insbesondere eines der Gaslager 104 bis 106 in dem Verdichter 100, kann regelnd auf eine Drehzahl des Elektromotors 102 des Verdichters 100 eingewirkt werden. Bei dem Sensor 123, der in dem Gehäuse 101 des Verdichters 100 angeordnet ist, handelt es sich zum Beispiel um einen Stromsensor zur Drehzahlerfassung und/oder Drehzahlregelung des Elektromotors 102 des Verdichters 100.

In den Figuren la, lb und lc sind drei kartesische Koordinatendiagramme mit einer x-Achse 28 und einer y-Achse 29 dargestellt. Auf der x-Achse 28 ist in allen drei Figuren eine Zeit in einer geeigneten Zeiteinheit aufgetragen.

In Figur la ist auf der y-Achse 29 eine dynamische Belastung in einer geeigneten Belastungseinheit aufgetragen. Die dynamische Belastung wirkt im Betrieb eines mit dem Brennstoffzellensystem 1 aus Figur 3 ausgestatteten Kraftfahrzeugs auf eines der Gaslager 104, 105, 106 des Verdichters 100 in Figur 2. Die externe Belastung ist, wie man in Figur la sieht, zunächst gleich null beziehungsweise minimal. Dann steigt die externe Belastung stark an, bevor sie zickzack-förmig wieder abfällt, bevor sie dann wieder auf einen Maximalwert ansteigt. Danach fällt die externe Belastung wieder auf null beziehungsweise auf ein Minimum ab. Nach einer gewissen Zeit steigt die externe Belastung wieder an, aber nicht so stark wie vorher. Danach fällt die externe Belastung wieder auf null beziehungsweise auf ein Minimum ab.

In Figur lb ist auf der y-Achse 29 eine Ruhedrehzahl oder Idle-Drehzahl in einer geeigneten Drehzahleinheit aufgetragen. Die Ruhedrehzahl in Figur lb variiert zwischen einer Minimalruhedrehzahl 30 und einer Maximalruhedrehzahl 34. Die Maximalruhedrehzahl 34 entspricht zum Beispiel einer herkömmlichen Ruhedrehzahl 35. Ein Ruhedrehzahlverlauf 32 ist, wie man in einer Zusammenschau der Figuren la und lb sieht, an einen Belastungsverlauf 31 angepasst. Solange die Belastung klein oder null ist, wird der Luftverdichter mit seiner Minimalruhedrehzahl 30 betrieben. In Abhängigkeit von der Belastung wird die Ruhedrehzahl nachgeführt beziehungsweise angepasst, das heißt erhöht und auch wieder abgesenkt.

In Figur lc ist auf der y-Achse 29 ein Verbrauch an Energie oder Leistung in einer geeigneten Einheit aufgetragen. An einem Verbrauchsverlauf 33 sieht man, dass der Verbrauch, wie die Ruhedrehzahl in Figur lb, dem Belastungsverlauf 31 in Figur la entspricht. Daraus ergibt sich im Mittel ein deutlich geringerer Verbrauch als im Betrieb von herkömmlichen Brennstoffzellensystemen, wie ein Vergleich mit einem herkömmlichen Verbrauch 36 ergibt.