Kraftfahrzeugs sowie Kraftfahrzeug

Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug.

Kraftfahrzeuge, die mit einem Brennstoffzellesystem ausgestattet sind, sind als solche bekannt. Brennstoffzellensysteme saugen in der Regel

Umgebungsluft an und fördern die Umgebungsluft für die elektrochemische Reaktion zum Brennstoffzellenstapel. Dabei ist darauf zu achten, dass etwaige Schadstoffe möglichst nicht in den Brennstoffzellenstapel gelangen, da solche Schadstoffe sich negativ auf die Leistungsfähigkeit des

Brenn stoffzellen Systems auswirken können. Aus diesem Grund ist stromauf vom Oxidationsmittelförderer i.d.R. ein Luftfilter vorgesehen.

Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie,

zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, Schadstoffe vom Brennstoffzellenstapel fernzuhalten. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte

Ausgestaltungen dar. Der hier offenbarten Technologie liegt der Gedanke zugrunde,

Umgebungsluft nicht anzusaugen in Situationen, in denen die Umgebungsluft wahrscheinlich eine erhöhte Konzentration an Schadstoffen aufweist.

Insbesondere betrifft die hier offenbarte Technologie ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren umfasst die Schritte:

- Erfassen, ob ein Waschvorgang des Kraftfahrzeugs in einer

Waschanlage zur äußerlichen Reinigung des Kraftfahrzeugs stattfindet oder unmittelbar bevorsteht, und

- Reduzieren der Zufuhr an Oxidationsmittel zu einem

Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems, falls erfasst wurde, dass ein Waschvorgang stattfindet oder unmittelbar bevorsteht.

Die offenbarte Technologie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, welches eingerichtet ist, die hier offenbarten Verfahren durchzuführen.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der hier offenbarten

Technologie wird die Zufuhr an Oxidationsmittel so weit reduziert, dass die Zufuhr an Oxidationsmittel im Wesentlichen vollständig (d.h. bis auf für die mit der hier offenbarten Technologie angestrebten Effekte (z.B. weniger Schadstoffe im Brennstoffzellenstapel) vernachlässigbaren Mengen, z.B. aufgrund von Leckage) oder vollständig unterbunden wird.

Vorteilhaft kann somit vermieden werden, dass während des Waschvorgangs schädliche Dämpfe in den Brennstoffzellenstapel gelangen und diesen negativ beeinflussen. Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle. Das Brennstoffzellensystem ist

beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge (z.B.

Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge) gedacht, insbesondere zur Bereitstellung der Energie für mindestens eine Antriebsmaschine zur

Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. In ihrer einfachsten Form ist eine

Brennstoffzelle ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff und Oxidationsmittel in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme produziert. Die Brennstoffzelle umfasst eine Anode und eine

Kathode, die durch einen ionenselektiven bzw. ionenpermeablen Separator getrennt sind. Die Anode wird mit Brennstoff versorgt. Bevorzugte

Brennstoffe sind: Wasserstoff, niedrigmolekularer Alkohol, Biokraftstoffe, oder verflüssigtes Erdgas. Die Kathode wird mit Oxidationsmittel versorgt. Bevorzugte Oxidationsmittel sind bspw. Luft, Sauerstoff und Peroxide. Der ionenselektive Separator kann bspw. als Protonenaustauschmembran (proton exchange membrane, PEM) ausgebildet sein. Bevorzugt kommt eine kationenselektive Polymerelektrolytmembran zum Einsatz. Materialien für eine solche Membran sind beispielsweise: Nafion®, Flemion® und Aciplex®.

Ein B re n n stoffze 11 e n syste m umfasst neben der mindestens einen

Brennstoffzelle periphere Systemkomponenten (BOP-Komponenten), die beim Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle zum Einsatz kommen können. In der Regel sind mehrere Brennstoffzellen zu einem

Brennstoffzellenstapel bzw. Stack zusammengefasst.

Das B re n n stoffze 11 e n syste m umfasst ein Anodensubsystem , das von den brennstoffführenden Bauelementen des Brennstoffzellensystems ausgebildet wird. Hauptaufgabe des Anodensubsystems ist die Heranführung und

Verteilung von Brennstoff an die elektrochemisch aktiven Flächen des Anodenraums und die Abfuhr von Anodenabgas. Das Brenn stoffzellen System umfasst ein Kathodensubsystem. Das

Kathodensubsystem wird aus den oxidationsmittelführenden Bauelementen gebildet. Ein Kathodensubsystem kann mindestens einen

Oxidationsmittelförderer, mindestens einen zum Kathodeneinlass führenden Kathodenzuströmungspfad, mindestens eine vom Kathodenauslass wegführende Kathodenabgaspfad, einen Kathodenraum im

Brennstoffzellenstapel, den Kathodenraum absperrende Stapel- Absperrventile sowie weitere Elemente aufweisen. Hauptaufgabe des Kathodensubsystems ist die Heranführung und Verteilung von

Oxidationsmittel an die elektrochemisch aktiven Flächen des Kathodenraums und die Abfuhr von unverbrauchtem Oxidationsmittel.

Die hier offenbarte Technologie umfasst mindestens einen

Oxidationsmittelförderer. Der Oxidationsmittelförderer ist eingerichtet, das an der elektrochemischen Reaktion beteiligte Oxidationsmittel zur mindestens einen Brennstoffzelle zu fördern. Der Oxidationsmittelförderer (auch

Fluidfördereinrichtung genannt) kann beispielsweise als Kompressor bzw. Verdichter ausgebildet sein, besonders bevorzugt als luftgelagerter

Turbokompressor, Turboverdichter, bzw. Kreiselverdichter.

Das hier offenbarte System umfasst ferner mindestens ein Steuergerät. Das Steuergerät ist u.a. eingerichtet, die hier offenbarten Verfahrensschritte durchzuführen. Hierzu kann das Steuergerät basierend auf bereitgestellten Signalen die Aktuatoren des Systems zumindest teilweise und bevorzugt vollständig regeln (engl closed loop control) oder steuern (engl open loop control). Das Steuergerät kann zumindest das Brenn stoffzellen System beeinflussen, insbesondere das Kathodensubsystem, Anodensubsystem und/oder das Kühlsystem des Brennstoffzellensystems. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuergerät auch in einem anderen Steuergerät mit integriert sein, z.B. in einem übergeordneten Steuergerät. Das Steuergerät kann mit weiteren Steuergeräten des Kraftfahrzeuges interagieren.

Eine Waschanlage zur äußerlichen Reinigung des Kraftfahrzeugs als solche ist bekannt. Insbesondere kann es sich dabei um eine Portalwaschanlage oder eine Autowaschstraße handeln. In der Regel umfasst die Waschanlage eine Fördereinrichtung (z.B. Förderband), mit dessen Hilfe das Kraftfahrzeug durch die i.d.R. als Tunnel ausgebildete Waschanlage befördert wird. In solchen Waschanlagen wird in der Regel ein Reinigungsmittel eingesetzt, welches unter Umständen Schadstoffe umfassen kann.

Gemäß dem hier offenbarten Verfahren ist das Kraftfahrzeug eingerichtet, zu erfassen, ob ein Waschvorgang stattfindet oder unmittelbar bevorsteht.

Grundsätzlich sind diesbezüglich sämtliche aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Erfassung einer Waschanlage anwendbar.

Zweckmäßig kann das Kraftfahrzeug zur Erfassung der Waschanlage einen Waschanlagenmodus aufweisen. Stellt das Kraftahrzeug beispielsweise fest, dass der Waschanlagenmodus aktiviert wird oder wurde, so kann das Kraftfahrzeug bzw. das B re n n stoffze 11 e n syste m die Zufuhr an

Oxidationsmittel zu dem Brennstoffzellenstapel reduzieren.

In einer Ausgestaltung kann das Kraftfahrzeug den Waschvorgang erkennen bzw. einen Waschanlagenmodus aktivieren anhand

- einer für eine Waschanlage indikativen Geoinformation; - der Stellung des Fahrtrichtungs-Wahlhebels;

- eines für eine Waschanlage indikativen Kommunikationssignals;

- einer Auswertung basierend auf der Umfelderkennung des

Kraftfahrzeugs; und/oder

- einer Fahrereingabe.

Das Kraftfahrzeug kann zum Beispiel den Waschanlagenmodus aktivieren, falls sich der Fahrtrichtung-Wahlhebel in eine für den Stand des

Kraftfahrzeugs indikative Position (N-Stellung) befindet und gleichzeitig die Räder des Kraftfahrzeugs sich drehen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Oxidationsmittelförderer in einen Ruhezustand überführt, falls erfasst wurde, dass ein Waschvorgang stattfindet oder unmittelbar bevorsteht. Alternativ oder zusätzlich kann das Oxidationsmittel über mindestens einen Bypass an den

Brennstoffzellenstapel vorbei geführt werden.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die kathodenseitigen Stapel- Absperrventile geschlossen werden, falls erfasst wurde, dass der

Waschvorgang stattfindet oder unmittelbar bevorsteht. Die kathodenseitigen Stapel-Absperrventil sind dabei die Ventile, die unmittelbar benachbart oder am Brennstoffzellenstapel ausgebildet sind, um den Kathodenraum des Brennstoffzellenstapels abzusperren.

Bevorzugt wird das Brenn stoffzellen System derart in einen Ruhezustand überführt, dass das Brenn stoffzellen System nach Abschluss des

Waschvorgangs in den elektrische Energie bereitstellenden Zustand in weniger als 30 Sekunden oder weniger als 20 Sekunden überführbar ist. Bevorzugt werden beim Überführen des Brennstoffzellensystems in einen Ruhezustand vor oder während eines Waschvorgangs andere Verfahrensschritte durchlaufen als beim Abschalten des

Brennstoffzellensystems, die beispielsweise beim Parken des Kraftfahrzeugs durchlaufen werden. Der Ruhezustand des Brennstoffzellensystems ist dabei ein Zustand, in dem die Zufuhr an Oxidationsmittel zu dem

Brennstoffzellenstapel reduziert bzw. unterbunden ist. Bevorzugt können beim Überführen des Brennstoffzellensystems in den elektrische Energie bereitstellenden Zustand nach dem Waschvorgang andere

Verfahrensschritte durchlaufen werden als beim Starten eines zuvor abgeschalteten Brennstoffzellensystems. Somit kann sich die Verfügbarkeit bzw. das Ansprechverhalten des Brennstoffzellensystems verbessern.

Das Steuergerät vom Kraftfahrzeug ist i.d.R. eingerichtet zu erfassen, ob ein Waschvorgang des Kraftfahrzeugs in einer Waschanlage stattfindet oder unmittelbar bevorsteht. Das Kraftfahrzeug kann eingerichtet sein, die Zufuhr an Oxidationsmittel zu dem Brennstoffzellenstapel des

Brenn stoffzellen Systems zu reduzieren, falls erfasst wurde, dass ein

Waschvorgang stattfindet oder unmittelbar bevorsteht. Das Steuergerät kann eingerichtet sein, den Oxidationsmittelförderer in den Ruhestand zu überführen, falls erfasst wurde, dass ein Waschvorgang stattfindet oder unmittelbar bevorsteht. Das Steuergerät kann eingerichtet sein, die Zufuhr an Oxidationsmittel zu dem Brennstoffzellenstapel zu reduzieren, falls erfasst wurde, dass der Waschanlagenmodus aktiviert wird oder wurde.

Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems, wobei eine Waschstraße erkannt und der Betriebsstrategie der Brennstoffzelle gemeldet wird. Die

Betriebsstrategie der Brennstoffzelle sorgt dann für die Abschaltung der Brennstoffzelle während der Wasserdurchfahrt. Vorteilhaft kann somit das Ansaugen von Wasser in einer Waschstraße vermieden werden.

Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figur 1 erläutert. Die Figur 1 zeigt eine typische Ausgestaltung eines Brennstoffzellensystems mit einem Kathodensubsystem und einem Anodensubsystem. Der Kühlkreis wurde hier vereinfachend weggelassen. Der Oxidationsmittelförderer 410 saugt Umgebungsluft an und verdichtet diese. Stromauf vom

Oxidationsmittelförderer 410 ist ein Luftfilter 412 angeordnet, der die

Umgebungsluft reinigt. Stromab vom Oxidationsmittelförderer 410 ist hier ein Ladeluftkühler 420 zur Kühlung der verdichteten Umgebungsluft vorgesehen. Stromab vom Ladeluftkühler 420 zweigt hier der kathodenseitige Bypass 460 ab, der stromab von der Kathode K in die Kathodenabgasleitung mündet. Ferner sind hier die kathodenseitigen Stapel-Absperrventile 430, 440 gezeigt. Der Brennstoffzellenstapel 300 umfasst eine Vielzahl an Brennstoffzellen, die hier nicht gezeigt wurden. Lediglich schematisch ist der

Brennstoffzellenstapel 300 hier in eine Kathode K und in eine Anode A unterteilt. Das Anodensubsystem umfasst im Anoden-Zuströmpfad eine Brennstoffquelle H2, ein Absperrventil 211 und eine

Rezirkulationsstrahlpumpe 234. Stromab der Anode A ist hier ein

Wasserabscheider 232 und eine Rezirkulationspumpe 236 vorgesehen.

Stromab vom Wasserabscheider 232 sind ferner ein Anodenspülventil 238 und eine Anodenspülleitung 239 vorgesehen. In einer bevorzugten

Ausgestaltung wird der Oxidationsmittelförderer 410 abgeschaltet, falls erfasst wurde, dass ein Waschvorgang in einer Waschanlage stattfindet oder unmittelbar bevorsteht. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der

Oxidationsmittelförderer 410 bei einer sehr niedrigen Drehzahl weiter betrieben wird und das Oxidationsmittel über den Bypass 460 abgeführt wird. Ferner kann vorgesehen werden, dass die kathodenseitigen Stapel- Absperrventile 430,440 geschlossen werden, falls erfasst wurde, dass ein Waschvorgang in einer Waschanlage stattfindet oder unmittelbar bevorsteht.

Der Begriff„im Wesentlichen“ (z.B.„im Wesentlichen senkrechte Achse“) umfasst im Kontext der hier offenbarten Technologie jeweils die genaue Eigenschaft bzw. den genauen Wert (z.B.„senkrechte Achse“) sowie jeweils für die Funktion der Eigenschaft/ des Wertes unerhebliche Abweichungen (z.B.„tolerierbare Abweichung von senkrechte Achse“).

Der Begriff„unmittelbar bevorsteht“ bedeutet im Kontext der hier offenbarten Technologie, dass das Kraftfahrzeug beispielsweise für die Durchfahrt durch die Waschanlage vorbereitet wird oder die Durchfahrt gerade begonnen hat und umfasst beispielsweise einen Zeitraum von weniger als 5 Minuten oder weniger als 2 Minuten oder weniger als 1 Minute.

Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der

Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer

Äquivalente zu verlassen.