Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Nutzfahrzeug-Gespanns mit einer Zugmaschine, welche eine erste elektrische Maschine, einen damit wirkverbundenen ersten elektrischen Speicher, und ein Brennstoffzellensystem aufweist, das mit dem ersten elektrischen Speicher wirkverbunden und dazu eingerichtet ist, elektrische Energie bei einer Erzeugungsleistung bereitzustellen, sowie mit einem Anhänger, welche eine zweite elektrische Maschine und einen damit wirkverbundenen zweiten elektrischen Speicher aufweist.

Im Betrieb von Nutzfahrzeug-Gespannen der vorbezeichneten Art kommen auf die in den Zugmaschinen eingesetzten Brennstoffzellensysteme regelmäßig Änderungen in den Lastanforderungen zu. Änderungen in den Lastanforderungen werden auch unter dem Oberbegriff einer dynamischen Belastung zusammengefasst. Je dynamischer die Belastung an das Brennstoffzellensystem im Betrieb ist, beispielsweise aufgrund einer Streckentopografie auf der Route des Nutzfahrzeug-Gespanns, desto höher sind auch die dynamischen Anforderungen an die Reaktantenversorgung des Brennstoffzellensystems, beispielsweise an die Luftversorgung. Die einsetzbare Größe von Verdichtern und Verdichteranordnungen in Nutzfahrzeugen ist zum einen bauraumtechnisch begrenzt und zum anderen sind größere Verdichteranordnungen weniger dynamisch als kleinere Verdichteranordnungen. Brennstoffzellensysteme von Nutzfahrzeug- Gespannen benötigen jedoch vergleichsweise große Verdichtersysteme, woraus ein erhöhter Luftbedarf resultiert. Aufgrund der damit eingeschränkten Dynamik können die Brennstoffzellensysteme in Nutzfahrzeug-Gespannen nicht besonders schnell, d.h. besonders dynamisch auf geänderte Lastanforderungen reagieren. Zudem beeinträchtigt eine dynamische Beanspruchung der Brennstoffzellensysteme die Lebensdauer dieser Systeme.

Trotz stets zunehmender Funktionalität der Brennstoffzellensysteme in Nutzfahrzeugen wird hier ein Bedarf für Verbesserungen gesehen.

Aus DE 10 2014 224 380 A1 ist ein Kühlsystem für eine Brennstoffzellenanlage bekannt, bei der Navigationsinformationen genutzt werden, um den Fahrzyklus zu bestimmen, und daraufhin den Kühlmittelbedarf zu ermitteln.

Aus DE 10 2014 217 780 A1 ist die grundsätzliche Problematik der eingeschränkten dynamischen Belastbarkeit von Brennstoffzellensystemen ebenfalls bekannt. Dort wird vorgeschlagen, dass zukünftig zum Betrieb notwendige Betriebsparameter vorab prognostiziert werden, um eine bevorstehende Lastanforderung besser einschätzen zu können. Lastwechselbewertungen finden durch Fahrer statt, und Umgehungsinformationen, Bergfahrten und Staus können nach dem Vorschlag aus DE 10 2014 217 780 A1 über Navigationssysteme vorhergesagt werden.

Aus DE 10 2017 109 410 A1 ist ein Vorschlag bekannt, nach dem Lade- und Entladeverläufe von elektrischen Energiespeichern aufgezeichnet werden und mittels einer Vorhersageeinheit der künftige Bedarf hieraus ermittelt werden soll.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze bekannt, die sich auf den verbesserten Betrieb einer Zugmaschine mit Brennstoffzellensystemen im Allgemeinen beziehen. Sie schlagen aber allesamt keine konkrete Lösung vor und sind daher nicht optimal für den tatsächlichen Betrieb von Nutzfahrzeug- Gespannen bestehend aus Zugmaschine und Anhänger mit separatem elektrischem Antrieb.

Dementsprechend lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art anzugeben, welches die vorstehend beschriebenen Nachteile weitgehend überwindet. Insbesondere lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Nutzfahrzeug-Gespanns der eingangs bezeichneten Art anzugeben, welches einen effizienteren Betrieb des Nutzfahrzeug-Gespanns ermöglicht, ohne die Lebensdauer des Brennstoffzellensystems der Zugmaschine zu beeinträchtigen.

Die Erfindung löst die ihr zugrundeliegende Aufgabe, indem das Verfahren die Schritte umfasst:

Ermitteln von Betriebsparametern mindestens einer elektrischen Maschine des Gespanns, insbesondere der ersten und/oder zweiten elektrischen Maschinen, und/oder von Betriebsparametern mindestens eines elektrischen Speichers des Gespanns, insbesondere des ersten elektrischen Speichers und/oder des zweiten elektrischen Speichers; und

Anpassen der Erzeugungsleistung des Brennstoffzellensystems als Funktion eines, mehrerer oder sämtlicher der ermittelten Betriebsparameter.

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass zum Anpassen der von der Brennstoffzelle bereitzustellenden Erzeugungsleistung die elektrischen Betriebsparameter des Gesamtsystems aus Zugmaschine und Anhänger ermittelt werden, und somit auch der Anhänger Teil des Nutzfahrzeug- Gespanns mit seiner dedizierten elektrischen Maschine und seinem dedizierten Energiespeicher als Teil des Gesamtsystems in die Regelung der Erzeugungsleistung der Brennstoffzelle mit einfließen kann. Der Anhänger und seine elektrischen Leistungskomponenten werden somit für die Regelung des Brennstoffzellensystems der Zugmaschine sichtbar gemacht. Der Anhänger kann mit seiner elektrischen Maschine im Normalbetriebsmodus zusätzliche Antriebsleistung zur Verfügung stellen, und im Rekuperationsmodus zusätzliche Rekuperationsleistung. Um das Potenzial der Kombination aus Zugmaschine und Anhänger voll nutzbar zu machen, folgt die Erfindung dem Ansatz, die Speicherkapazitäten der beiden elektrischen Maschinen und die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschinen gemeinsam zu berücksichtigen, um die von der Brennstoffzelle bereitzustellende Erzeugungsleistung entsprechend anzupassen. Die Regelung erlaubt über die Lebensdauer des Brennstoffzellensystems hinweg eine im Durchschnitt geringere Belastung der Brennstoffzelle und aufgrund der höheren Menge an speicherbarer elektrischer Energie, eine bessere Energiepufferung, weil die Rekuperation verbessert wird und die Anpassung der Erzeugungsleistung eine weniger dynamische Belastung des Brennstoffzellensystems möglich macht.

Die Zugmaschine und der Anhänger können jeweils eine elektrische Maschine oder jeweils mehrere elektrische Maschinen aufweisen, genauso wie sie jeweils eine oder mehrere elektrische Speicher aufweisen können. Für das Verfahren gilt selbstverständlich, dass das Ermitteln von Betriebsparametern bei Verwendung mehrerer elektrischer Maschinen und/oder elektrischer Speicher für eine, mehrere oder sämtliche der elektrischen Maschinen und/oder elektrischen Speicher durchgeführt werden kann.

Das Ermitteln kann in bevorzugten Ausführungsformen das Auslesen von fest hinterlegten Informationen oder Daten umfassen, und/oder das Erfassen von Zustandsgrößen aus dem laufenden Betrieb der elektrischen Maschine(n) bzw. Speicher.

Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung von einem Brennstoffzellensystem gesprochen wird, so wird hierunter verstanden, dass das Brennstoffzellensystem eine Brennstoffzelle aufweist, die dazu eingerichtet ist, bei einem veränderlichen Arbeitspunkt betrieben zu werden, wobei der Arbeitspunkt als Funktion eines, mehrerer der vorstehend beschriebenen Betriebsparameter eingestellt wird, vorzugsweise von einer Brennstoffzellensteuerung. Die Brennstoffzellensteuerung ist Teil einer übergeordneten Fahrzeugsteuerung, welche neben der Brennstoffzellensteuerung ein oder mehrere weitere Steuergeräte aufweisen kann, in bevorzugten Ausführungsformen etwa eine, mehrere oder sämtliche der Folgenden: Batteriemanagementsystem, Zugmaschinen-Bremssteuergerät, und/oder Anhänger-Bremssteuergerät.

Die Fahrzeugsteuerung kann als zentrale rechnergestützte Brennstoffzellensteuerung ausgebildet sein und die vorgenannten Geräte als hardware- oder softwaremäßig integrierte Komponenten aufweisen oder in Form mehrerer dedizierter Steuergeräte ausgebildet sein, welche gemeinsam das erfindungsgemäße Verfahren ausüben und hierzu mit den korrespondierenden Prozessoren, Datenspeichern und programmierten Steuerbefehlen versehen sind.

Das Verfahren weist zwei charakteristische Betriebsphasen auf, einen Normalbetriebsmodus, in dem die elektrischen Maschinen als Elektromotoren zum Antrieb des Nutzfahrzeug-Gespanns angesteuert werden, und einen Rekuperationsmodus, in dem die elektrischen Maschinen als Generatoren zum regenerativen Bremsen angesteuert werden. Mit anderen Worten umfasst das Verfahren zu bestimmten Zeiten auch die Schritte:

- Bereitstellen elektrischer Energie bei einer Erzeugungsleistung mittels des Brennstoffzellensystems, sowie wahlweise a) Antreiben des Nutzfahrzeug-Gespanns in einem Normalbetriebsmodus unter Entnahme elektrischer Energie bei einer Antriebsleistung aus dem ersten und/oder zweiten elektrischen Speicher, und/oder b) Bereitstellen elektrischer Energie bei einer Rekuperationsleistung mittels der ersten und/oder zweiten elektrischen Maschine, und Zuführen der Energie zu dem ersten und/oder zweiten elektrischen Speicher in einem Rekuperationsmodus.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfassen die Betriebsparameter eines, mehrere oder sämtliche der folgenden: i) Gesamtkapazität des ersten und zweiten elektrischen Speichers, ii) Gesamtladestand des ersten und zweiten elektrischen Speichers, iii) Gesamtantriebsleistung der ersten und zweiten elektrischen Maschine, iv) Gesamtrekuperationsleistung der ersten und zweiten elektrischen Maschine, v) maximale Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschine, vi) maximale Antriebsleistung der zweiten elektrischen Maschine, vii) maximale (erste) Rekuperationsleistung der ersten elektrischen Maschine, iix) maximale (zweite) Rekuperationsleistung der zweiten elektrischen Maschine, ix) maximale (erste) Ladeleistung des ersten elektrischen Speichers, x) maximale (zweite) Ladeleistung des zweiten elektrischen Speichers, xi) maximale (erste) Bremsleistung der ersten elektrischen Maschine, und/oder xii) maximale (zweite) Bremsleistung der zweiten elektrischen Maschine.

Die maximale Rekuperationsleistung wird durch die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschinen einerseits und durch die maximale Ladeleistung der jeweiligen Batterien andererseits begrenzt. Ist beispielsweise in der Zugmaschine eine elektrische Maschine mit maximal 450 kW Leistung vorhanden, können in der Regel auch nicht mehr als jene 450 kW an Rekuperationsleistung bereitgestellt werden. Eine analoge Betrachtung ist für die elektrischen Maschinen im Anhänger zu sehen. Ist dort beispielsweise eine elektrische Maschine mit einer maximalen Leistung von 250 kW vorgesehen, kann dort auch nur eine entsprechend maximale Rekuperationsleistung erreicht werden.

Die maximale Bremsleistung der elektrischen Maschinen des Nutzfahrzeug- Gespanns ist vorzugsweise in der Fahrzeugsteuerung, insbesondere in der Brennstoffzellensteuerung hinterlegt. Vorzugsweise ist für den Anhänger ein Satz an Informationselementen vorgesehen, beispielsweise ebenfalls in der Fahrzeugsteuerung, und/oder an bzw. in der Zugmaschine, anhand derer für die Fahrzeugsteuerung, insbesondere für die Brennstoffzellensteuerung, ersichtlich ist, was für ein Anhänger an die Zugmaschine angehängt ist, und vor allem, was für eine elektrische Maschine und was für ein elektrischer Speicher damit durch den Anhänger bereitgestellt werden.

Vorzugsweise wird die verfügbare Bremsleistung aus dem von den elektrischen Maschinen maximal bereitstellbarem Motormoment bei der jeweils aktuellen Motordrehzahl ermittelt. Diese Information kann beispielsweise über ein BUS- System übermittelt werden.

Die maximal mögliche Rekuperationsleistung kann beispielsweise zusätzlich durch die Energiespeicher begrenzt sein. Es kann nicht mehr Rekuperationsleistung zugeführt werden, als die elektrischen Speicher an Ladeleistung maximal vertragen. Die maximal mögliche Ladeleistung der Energiespeicher ist abhängig von dem jeweiligen aktuellen Ladestand und weiteren konstruktionsspezifischen Batteriegrößen wie beispielsweise der Laderate (C-Rate), dem Innenwiderstand der Zellen innerhalb der Energiespeicher etc..

Die Gesamtkapazität der Energiespeicher und die Leistungswerte der elektrischen Maschinen, insbesondere des Anhängers, können beispielsweise über am Anhänger angebrachte kodierte Informationen, beispielsweise Barcodes, etc. ermittelt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Anpassen der Erzeugungsleistung zusätzlich gemäß einer Betriebsstrategie, wobei die Betriebsstrategie einen zeitlichen Verlauf aufweist. Vorzugsweise weist die Betriebsstrategie entlang des zeitlichen Verlaufs eine Vorhersage der Antriebsleistung und/oder der bereitgestellten Rekuperationsleistung auf. Die Vorhersage kann also beispielsweise zukünftige Änderungen der Antriebsleistungen der ersten und/oder zweiten elektrischen Maschinen, der Gesamtantriebsleistung, der Rekuperationsleistungen der ersten und/oder zweiten elektrischen Maschinen, und/oder der Gesamtrekuperationsleistung umfassen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Betriebsstrategie entlang des zeitlichen Verlaufs eine Vorhersage der Ladestände des ersten und/oder zweiten elektrischen Speichers auf, insbesondere eine Vorhersage über entlang des zeitlichen Verlaufs auftretende Veränderungen des Ladestands des ersten und/oder zweiten elektrischen Speichers.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassend das Verfahren die die Schritte: Ermitteln von Streckeninformationen entlang des zeitlichen Verlaufs, und Anpassen der Erzeugungsleistung zusätzlich in Abhängigkeit der ermittelten Streckeninformationen. Die Streckeninformationen können über vorgegebene Streckenverläufe ermittelt werden, welche beispielsweise aus einem Flottenmanagementsystem oder aus einem topografischen Tempomaten ausgelesen werden kann. Aus den Streckeninformationen kann von der Fahrzeugsteuerung für das Nutzfahrzeug-Gespann, beispielsweise mittels der Brennstoffzellensteuerung, der Energiebedarf über den gesamten Streckenverlauf ermittelt werden. Kennzeichen der Erfindung ist in diesem Aspekt, dass der Anhänger durch das zusätzliche Bereitstellen der Antriebsleistung und das zusätzliche Abschöpfen von Energie im Rekuperationsmodus die Zugmaschine deutlich unterstützen kann. Hierdurch wird die benötigte Erzeugungsleistung, die das Brennstoffzellensystem bereitstellen muss, gesenkt. Würde man einen Anhänger mit eigenem Energiespeicher und eigener elektrischer Maschine an eine konventionelle Zugmaschine mit Verbrennungsmotor anhängen, würde sich dort aufgrund der zusätzlichen Antriebs- und Rekuperationsleistung des Anhängers ebenfalls ein reduzierter Kraftstoffverbrauch an der Zugmaschine einstellen, allerdings lediglich aufgrund des mechanischen Effekts, dass der Anhänger die Zugmaschine beim Antrieb und beim Rekuperieren unterstützt. Das Brennstoffzellensystem arbeitet im Unterschied zu Verbrennungskraftmotoren aber grundsätzlich unabhängig von mechanischen Einflüssen auf die Zugmaschine, sondern allein auf Basis der Betriebsparameter der Brennstoffzelle.

Dadurch, dass erfindungsgemäß die Betriebsparameter des Gesamtsystems und optional zusätzlich Betriebsparameter aus den Streckeninformationen verwertet werden, kann das Brennstoffzellensystem auf jeden spezifischen Anhänger, der eine eigene elektrische Maschine und einen eigenen elektrischen Speicher mitbringt, angemessen reagieren und die Menge der von ihr bereitgestellten Erzeugungsleistung entsprechend anpassen, d.h. in der Regel heruntersetzen. Das führt langfristig zu einem besseren Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems, das bei niedrigeren Arbeitspunkten effizienter betrieben kann als höheren Arbeitspunkten. Durch die prädiktive Berücksichtigung der Streckeninformationen kann beispielsweise die Zugmaschine das Brennstoffzellensystem bei einer Bergauffahrt früher herunterregeln, mit dem Wissen, dass es im Anschluss an die Bergauffahrt über eine längere Strecke bergab geht und dort, im Rekuperationsmodus sowohl von der ersten als auch von der zweiten elektrischen Maschine elektrische Energie bereitgestellt und in die elektrischen Speicher überführt werden kann, was zu einer Entlastung des Brennstoffzellensystems führt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Ermitteln der Betriebsparameter:

Gesamtkapazität, Gesamtladestand, und/oder maximal mögliche Ladeleistung des ersten und/oder zweiten elektrischen Speichers, mittels Abfrage eines Batteriemanagementsystems des Fahrzeugs, und die Betriebsparameter werden an die Brennstoffzellensteuerung des Brennstoffzellensystems übertragen. Die Übertragung kann über ein BUS- System des Nutzfahrzeugs, beispielsweise einen CAN-BUS erfolgen. Auch eine Übertragung per drahtloser Kommunikation, beispielsweise per Funkübertragung, zwischen einer Brennstoffzellensteuerung und dem Batteriemanagementsystem ist in bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen. Eine Übertragung per drahtloser Verbindung kann beispielsweise über Bluetooth-Verbindungen, ISM-Verbindungen oder SRD-Verbindungen erfolgen. Alternativ kann eine drahtlose Übertragung über Netzwerkübertragungsstandards wie beispielsweise WLAN erfolgen.

In weiteren bevorzugten Ausführungsformen wird der Anhänger über eine dedizierte kabelgebundene LAN-Leitung, sogenanntes Automotive Ethernet, mit der Zugmaschine verbunden, und die Daten der Betriebsparameter können über diese Leitung an die Zugmaschine und optional dort die Brennstoffzellensteuerung übertragen werden.

Das Batteriemanagementsystem ist in bevorzugten Ausführungsformen in die Zugmaschine bzw. deren elektronische Bremsensteuerung integriert, oder in eine elektronische Bremsensteuerung des Anhängers. Die elektronischen Bremssysteme der Zugmaschine und des Anhängers kommunizieren bei der Regelung der Bremsung des Gesamtsystems miteinander und koordinieren vorzugsweise sowohl das regenerative Bremsen durch die elektrischen Maschinen im Rekuperationsmodus als auch das Aktiveren der Reibbremsen, oder den Betrieb von Retardern.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Ermitteln der Betriebsparameter:

Gesamtkapazität des ersten und zweiten elektrischen Speichers, maximale Antriebsleistung der ersten und/oder zweiten elektrischen Maschine, und/oder maximale Rekuperationsleistung der ersten und/oder zweiten elektrischen Maschine mittels Auslesen von Informationselementen am Fahrzeug-Gespann, insbesondere von einem oder mehreren Barcodes.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Gesamtkapazität des ersten und zweiten elektrischen Speichers, und/oder die Gesamtrekuperationsleistung der ersten und zweiten elektrischen Maschine von der Brennstoffzellensteuerung berechnet, oder von einem Trailer- oder Zugmaschinen-Bremssteuergerät berechnet und mittels Datenübertragung an die Brennstoffzellensteuerung übermittelt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die zugleich ein zweiter, unabhängiger Aspekt der Erfindung ist, umfasst das Verfahren, vorzugsweise zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen, bevorzugten Ausführungsformen, oder in Alleinstellung, die folgenden Schritte:

- Wechseln von dem Normalbetriebsmodus in den Rekuperationsmodus zu einem Umschaltzeitpunkt, und

- Herunterfahren der Erzeugungsleistung des Brennstoffzellensystems, vor dem Umschaltzeitpunkt, in dem Umschaltzeitpunkt oder innerhalb einer vorbestimmten (ersten) Verzögerungsdauer nach dem Umschaltzeitpunkt.

Die erste Verzögerungsdauer liegt vorzugsweise einem Bereich von 3,0 Sekunden oder weniger, weiter vorzugsweise 2,0 Sekunden oder weniger.

In diesem Aspekt der Erfindung wird vor allem die Anpassung der vom Brennstoffzellensystem bereitgestellten Erzeugungsleistung in dem Rekuperationsmodus adressiert. Aufgrund der eingangs angesprochenen begrenzten Dynamik im Betrieb der Brennstoffzellensysteme können diese nicht schlagartig von einem Arbeitspunkt im laufenden Betrieb auf ein niedrigeres Leistungsniveau heruntergesetzt werden, oder ausgeschaltet werden, ohne Beschädigungen der Brennstoffzellensysteme in Kauf zu nehmen. Stattdessen ist ein Herunterfahren der Erzeugungsleistung über einen bestimmten Zeitraum notwendig, um Beschädigungen zu vermeiden. In dem Zeitpunkt, wo also von einem Normalbetriebsmodus in einen Rekuperationsmodus umgeschaltet wird, beispielsweise bei Eintreten eines Bremsbefehls, oder beim Beginn einer im Rahmen der Betriebsstrategie vorab definierten Gefällestrecke, wird in der Regel zu Beginn der Rekuperation sowohl von den elektrischen Maschinen die rekuperierte Energie in Richtung der elektrischen Speicher übertragen, als auch nach wie vor vom B re nnstoff zellensystem. Die maximale Ladeleistung der elektrischen Speicher ist aber, wie vorstehend ausgeführt, begrenzt. Es kann nicht beliebig viel elektrische Energie pro Zeiteinheit von den elektrischen Speichern aufgenommen werden. Bestimmt wird diese maximale Ladeleistung unter anderem durch die Laderate, auch als C-Rate bezeichnet. Ein Teil der maximal möglichen Ladeleistung für einen elektrischen Speicher wird durch die von der Brennstoffzelle bereitgestellte Erzeugungsleistung „belegt“, sodass mitunter von den elektrischen Maschinen nicht deren eigentliche volle Rekuperationsleistung in die elektrischen Speicher eingespeist werden kann. Hier setzt die Erfindung in diesem zweiten Aspekt an, indem sie systematisch ein Herunterfahren der Erzeugungsleistung aus dem Brennstoffzellensystem vorschlägt, wenn das Fahrzeug im Umschaltzeitpunkt vom Normalbetriebsmodus in den Rekuperationsmodus wechselt.

Im Rahmen der Betriebsstrategie ist es auch bevorzugt, wenn die Brennstoffzelle bereits vor dem Umschaltzeitpunkt, sofern im Rahmen der Betriebsstrategie bekannt, mit dem Herunterfahren der bereitgestellten Erzeugungsleistung durch die Brennstoffzelle beginnt. Je früher dieser Schritt des Herunterfahrens eingeleitet wird, desto eher kann das volle Rekuperationspotenzial der elektrischen Maschinen im Rekuperationsmodus ausgeschöpft werden.

Bei Umschaltzeitpunkten, die nicht vorherbestimmt sind, sondern aufgrund akut eintretender Bremswünsche durch den Fahrer oder ein elektronisches Bremssystem, wird vorzugsweise dieser mit dem Bremsbefehl zusammenfallende Umschaltzeitpunkt als Trigger für das Herunterfahren der Erzeugungsleistung genutzt. Der Anteil, zu welchem das Brennstoffzellensystem die maximale Ladeleistung des elektrischen Speichers belegt, wird somit gezielt reduziert, damit auch die erste elektrische Maschine, und damit das Nutzfahrzeug-Gespann insgesamt, das volle Rekuperationspotenzial ausschöpfen kann.

Damit möglichst viel Spielraum und möglichst viel Zeit zum Herunterfahren der Brennstoffzelle zur Verfügung steht, ist in seiner bevorzugten Ausführungsform die Betriebsstrategie so eingestellt, dass zum Umschaltzeitpunkt bereits freie Kapazität im ersten elektrischen Speicher und/oder im zweiten elektrischen Speicher vorhanden ist, deren Ladestand also unterhalb der jeweiligen Gesamtkapazität der elektrischen Speicher liegt, und zwar bereits zum Umschaltzeitpunkt.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ab dem Umschaltzeitpunkt zunächst nur mit der zweiten elektrischen Maschine Rekuperationsleistung bereitgestellt, insbesondere dem zweiten elektrischen Speicher zugeführt, und erst im Anschluss daran wird mit der ersten elektrischen Maschine Rekuperationsleistung bereitgestellt, und insbesondere dem ersten elektrischen Speicher zugeführt. Indem die Rekuperation durch die elektrischen Maschinen kaskadiert wird, und zunächst ausschließlich die zweite elektrische Maschine des Anhängers im Rekuperationsmodus zum regenerativen Bremsen eingesetzt wird, kann das Brennstoffzellensystem zum Entlasten der elektrischen Speicher, und insbesondere des ersten elektrischen Speichers, schonend heruntergefahren werden, bevor mit der Rekuperation durch die erste elektrische Maschine begonnen wird. Tritt dann der Fall ein, dass zusätzlich zum Anhänger auch die Zugmaschine mit der elektrischen Maschine beginnt, die rekuperierte Energie in den ersten elektrischen Speicher zu überführen, ist die von dem Brennstoffzellensystem bereitgestellte Erzeugungsleistung schon ein ganzes Stück weit abgesunken, so dass weniger „Bandbreite“ der maximal von der Batterie aufnehmbaren Ladeleistung durch die Erzeugungsleistung belegt wird, und mit einer höheren Rekuperationsleistung eingespeist werden kann.

Grundsätzlich gilt, je früher mit dem Herunterfahren der Ladeleistung des Brennstoffzellensystems begonnen wird, desto größer sind die Rekuperationspotenziale der beiden elektrischen Maschinen im Rekuperationsmodus und desto mehr Zeit steht zum Herunterfahren der Erzeugungsleistung des Brennstoffzellensystems zur Verfügung, was dessen Lebensdauer positiv beeinflusst. In bevorzugten Ausführungsformen liegt die zweite Verzögerungsdauer, also der Zeitraum ab dem Umschaltzeitpunkt, in welchem zunächst nur mit der zweiten, vorzugsweise dem Anhänger zugeordneten, elektrischen Maschine Rekuperationsleistung bereitgestellt wird in einem Bereich von bis zu 5 Sekunden, weiter vorzugsweise in einem Bereich von bis zu 2 Sekunden.

In weiter bevorzugten Ausführungsformen liegt der Zeitraum im Bereich von einer oder mehr Sekunden vor dem Umschaltzeitpunkt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Fahrzeuggespann einen Retarder auf, und es wird im Rekuperationsmodus ab dem Umschaltzeitpunkt zunächst nur mit der ersten und/oder zweiten elektrischen Maschine Rekuperationsleistung bereitgestellt, wie beispielsweise in den obig beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, insbesondere solange, bis der Ladestand des ersten und/oder zweiten elektrischen Speichers einen vorbestimmten Wert, etwa seine jeweilige maximale Kapazität, erreicht hat, und erst im Anschluss wird der Retarder betätigt. Ist dann noch weitere Bremsenergie aufzubringen, weil die bis dato aufgebrachte Bremsleistung nicht ausreicht, kann zusätzlich mit der Reibbremse des Fahrzeug-Gespanns weiter verzögert werden.

Die Erfindung ist vorstehend unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben worden. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ferner ein Nutzfahrzeug-Gespann, mit einer Zugmaschine, welche eine erste elektrische Maschine und einen damit Wirkverbundenen ersten elektrischen Speicher sowie ein mit dem ersten elektrischen Speicher verbundenes Brennstoffzellensystem, das dazu eingerichtet ist, dem ersten elektrischen Speicher elektrische Energie bei einer Erzeugungsleistung bereitzustellen.

Die Erfindung löst die ihr zugrunde liegende Aufgabe bei einem solchen Nutzfahrzeug-Gespann, indem die ersten und/oder zweiten elektrischen Maschinen dazu eingerichtet sind, das Nutzfahrzeug-Gespann in einem Normalbetriebsmodus unter Entnahme elektrischer Energie bei einer Antriebsleistung aus den ersten und/oder zweiten elektrischen Speichern anzutreiben, und/oder in einem Rekuperationsmodus elektrische Energie bei einer Rekuperationsleistung bereitzustellen und dem ersten und/oder zweiten elektrischen Speicher zuzuführen, und wobei das Nutzfahrzeug-Gespann eine Fahrzeugsteuerung aufweist, die signalleitend mit den elektrischen Maschinen und den elektrischen Speichern verbunden und dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen auszuführen.

Insbesondere weist die Fahrzeugsteuerung eine Brennstoffzellensteuerung auf, wobei die Brennstoffzellensteuerung dazu eingerichtet ist, das Brennstoffzellensystem zur Bereitstellung der Erzeugungsleistung anzusteuern, wobei die Fahrzeugsteuerung dazu eingerichtet ist, a) die elektrischen Maschinen zum Antrieb des Nutzfahrzeug-Gespanns in einem Normalbetriebsmodus unter Entnahme elektrischer Energie aus den elektrischen Speichern anzusteuern, oder b) die elektrischen Maschinen zur Bereitstellung elektrischer Energie bei einer Rekuperationsleistung und zum Zuführen der Energie zu den elektrischen Speichern in einem Rekuperationsmodus anzusteuern; und die Brennstoffzellensteuerung dazu eingerichtet ist,

Betriebsparameter der ersten und zweiten elektrischen Maschinen und/oder Betriebsparameter der ersten und zweiten elektrischen Speicher zu ermitteln; und das Brennstoffzellensystem zur Anpassung der Erzeugungsleistung als Funktion eines, mehrerer oder sämtlicher der ermittelten Betriebsparameter anzusteuern.

Das Nutzfahrzeug-Gespann macht sich die gleichen Vorteile zunutze wie das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren. Die bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens sind zugleich bevorzugte Ausführungsformen des Nutzfahrzeug-Gespanns und umgekehrt, weswegen zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Nutzfahrzeug-Gespanns gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 einen diagrammatischen Verfahrensablauf nach dem Stand der Technik für den Betrieb eines Nutzfahrzeug-Gespanns, und

Fig. 3-6 verschiedene diagrammatische Verfahrensabläufe des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 ist der schematische grundsätzliche Aufbau eines Nutzfahrzeug- Gespanns 100 dargestellt. Das Nutzfahrzeug-Gespann 100 weist eine Zugmaschine 200 und einen Anhänger 300 auf.

Die Zugmaschine 200 weist ein Brennstoffzellensystem 1 auf, das dazu eingerichtet ist, elektrische Energie bei einer Erzeugungsleistung PE bereitzustellen.

Die Zugmaschine 200 weist ferner einen ersten elektrischen Speicher 3 auf, der mit dem Brennstoffzellensystem 1 wirkverbunden ist und dazu eingerichtet ist, die von dem Brennstoffzellensystem 1 bereitgestellte Erzeugungsleistung PE zwischenzuspeichern.

Die Zugmaschine 200 weist ferner mindestens eine erste elektrische Maschine 5 auf, die mit dem ersten elektrischen Speicher 3 wirkverbunden ist. Die mindestens eine erste elektrische Maschine 5 ist dazu eingerichtet, in einem Normalbetriebsmodus N unter Entnahme elektrischer Antriebsenergie bei einer ersten Antriebsleistung PAI aus dem ersten elektrischen Speicher 3 die Zugmaschine 200 anzutreiben, und in einem Rekuperationsmodus R, beim sogenannten regenerativen Bremsen, elektrische Rekuperationsenergie bei einer Rekuperationsleistung PRI der bewegten Zugmaschine 200 rückzugewinnen und dem ersten elektrischen Speicher 3 zuzuführen.

Die Zugmaschine 200 weist eine Fahrzeugsteuerung 8 auf, die dazu eingerichtet ist, die elektronischen Komponenten des Nutzfahrzeug-Gespanns 100 zu dessen Betrieb anzusteuern. Die Fahrzeugsteuerung 8 weist vorzugsweise mehrere Steuergeräte auf, darunter eine Brennstoffzellensteuerung 7, welche zur Ansteuerung des Brennstoffzellensystems 1 eingerichtet ist. Die Brennstoffzellensteuerung 7 ist hier als separate Einheit abgebildet, könnte aber auch baulich in eine andere Komponente, insbesondere das Brennstoffzellensystem 1 , integriert sein. Die Brennstoffzellensteuerung 7 ist dazu eingerichtet, die Menge der vom Brennstoffzellensystem 1 bereitgestellten Erzeugungsleistung PE durch Ansteuerung des Brennstoffzellensystems 1 anzupassen.

Das Nutzfahrzeug-Gespann 100 weist zusätzlich zu dem in der Zugmaschine 200 angeordneten ersten elektrischen Speicher 3 wenigstens einen zweiten elektrischen Speicher 9 auf, welcher dem Anhänger 300 zugeordnet ist. Ferner weist der Anhänger 300 mindestens eine zweite elektrische Maschine 11 auf, die mit dem zweiten elektrischen Speicher 9 wirkverbunden ist.

Die zweite elektrische Maschine 11 ist dazu eingerichtet, in einem Normalbetriebsmodus N, vgl. Fig. 2 bis 6, unter Entnahme elektrischer Energie bei einer Antriebsleistung PA2 den Anhänger 300 anzutreiben, und in einem Rekuperationsmodus R, vgl. Fig. 2 bis 6, elektrische Energie bei einer Rekuperationsleistung PR2 aus dem bewegten Anhänger 300 rückzugewinnen und dem zweiten elektrischen Speicher 9 zuzuführen.

Im gekoppelten Zustand der Zugmaschine 200 und des Anhängers 300 wird das Nutzfahrzeug-Gespann 100 wenigstens zeitweise im Normalbetriebsmodus N sowohl von der ersten elektrischen Maschine 5 als auch von der zweiten elektrischen Maschine 11 angetrieben. Hierzu steht eine Gesamtantriebsleistung PAG=PAI+PA2 zur Verfügung. Im Rekuperationsmodus R kann analog sowohl von der ersten elektrischen Maschine 5 als auch von der zweiten elektrischen Maschine 11 Energie rückgewonnen werden, mit einer Gesamtrekuperationsleistung PRG= PRI +PR2, wobei PRI von der Zugmaschine 200 beigesteuert wird und PR2 vom Anhänger 300.

Die Brennstoffzellensteuerung 7 ist signalleitend mit den elektrischen Speichern 3, 9 und mit den elektrischen Maschinen 5, 11 verbunden und dazu eingerichtet, repräsentative Daten für elektrische Betriebsparameter B der elektrischen Speicher 3, 9 und/oder der elektrischen Maschinen 5, 11 zu empfangen. Zu diesen Betriebsparametern gehören eine Kapazität Ki des ersten elektrischen Speichers 3, eine Kapazität K2 des zweiten elektrischen Speichers 9, ein Ladestand Li des ersten elektrischen Speichers 3, ein Ladestand L2 des zweiten elektrischen Speichers 9, die Antriebsleistungen PAI und PA2 der elektrischen Maschinen 5, 11 , die Rekuperationsleistungen PRI , PR2 der elektrischen Maschinen 5, 11 , maximale Antriebsleistungen PAimax und PA2max, maximale Rekuperationsleistungen PRimax und PR2max der elektrischen Maschinen 5, 11 , maximale Ladeleistungen Pumax, PL2max der elektrischen Speicher 3 und 9 und/oder die maximalen Bremsleistungen Pßimax, Pß2max der elektrischen Maschinen 5, 11.

Die Fahrzeugsteuerung 8 weist vorzugsweise ferner eine Bremssteuerung 17 auf, die ihrerseits mehrere nicht einzeln dargestellte Steuergeräte aufweisen kann, etwa ein der Zugmaschine 200 zugeordnetes Zugmaschinenbremssteuergerät (EBS) und ein dem Anhänger 300 zugeordnetes Anhängerbremssteuergerät (TEBS). Es ist zum besseren Verständnis der Erfindung exemplarisch nur Bremssteuergerät 17 in Figur 1 dargestellt, Die Fahrzeugsteuerung 8 ist dazu eingerichtet, die elektrischen Maschinen 5, 11 im Normalbetriebsmodus N zum Antrieb des Nutzfahrzeug- Gespanns 100 anzusteuern und im Rekuperationsmodus R zum Erzeugen von elektrischer Energie bei einer Rekuperationsleistung PRI bzw. PR2 anzusteuern und hierzu beispielsweise die Bremssteuerung 17 zu nutzen. Vor allem ist die Brennstoffzellensteuerung 7 dazu eingerichtet, als Funktion der ermittelten elektrischen Betriebsparameter B das Brennstoffzellensystem 1 derart anzusteuern, dass die Erzeugungsleistung PE in Abhängigkeit von der ermittelten Betriebsparameter B angepasst wird.

Die Brennstoffzellensteuerung 7 kann zur Ermittlung der elektrischen Betriebsparameter B unmittelbar mit den elektrischen Speichern 3, 9 signalleitend verbunden sein, sowie alternativ oder zusätzlich signalleitend mit einem Batteriemanagementsystem 15, welches Teil der Fahrzeugsteuerung 8 ist, und seinerseits signalleitend mit den elektrischen Speichern 3, 9 verbunden und dazu eingerichtet ist, die einzelnen Betriebsparameter B von den elektrischen Speichern 3, 9 zu empfangen, und entweder einzeln oder miteinander zu verrechnen und an die Brennstoffzellensteuerung 7 zu übertragen.

Optional weist das Nutzfahrzeug-Gespann 100 einen oder mehrere Retarder 19 auf, und die Fahrzeugsteuerung 8 ist dazu eingerichtet, diesen zum Ausführen einer Dauerbremsfunktion anzusteuern, beispielsweise angesteuert durch die Bremssteuerung 17.

Im Betrieb des Nutzfahrzeug-Gespanns 100 kommt das vorstehend allgemeiner beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz. In einem exemplarischen Betriebsablauf wird das Nutzfahrzeug-Gespann 100 in einem Normalbetriebsmodus N bewegt. Das Brennstoffzellensystem 1 erzeugt elektrische Energie bei einer Erzeugungsleistung PE. Die mit der Erzeugungsleistung PE bereitgestellte Energie wird in dem ersten elektrischen Speicher 3 zwischengespeichert, sodass dieser auf einem Ladestand L1 steht, welcher gleich oder kleiner als die maximale Kapazität Ki des elektrischen Speichers 3 ist. PE kann kleiner oder gleich der maximalen Ladeleistung Pumax sein. Die erste elektrische Maschine 5 stellt die Antriebsleistung PAI unter Entnahme elektrischer Energie aus dem elektrischen Speicher 3 zur Verfügung, mit der die Zugmaschine 200 angetrieben wird. Die zweite elektrische Maschine 1 1 stellt die Antriebsleistung PA2 unter Entnahme elektrischer Energie aus dem zweiten elektrischen Speicher 9 zur Verfügung, wobei die Antriebsleistung PA2 kleiner oder gleich der maximalen Antriebsleistung PA2max der zweiten elektrischen Maschine 1 1 ist. Mittels dieser Antriebsenergie PA2 wird der Anhänger 300 angetrieben, sodass die Gesamtantriebsleistung PAG des Nutzfahrzeug-Gespanns 100 gleich PAI+PA2 ist.

Wenn in einem Umschaltzeitpunkt tu, vgl. Fig. 2 bis Fig. 6, von dem Normalbetriebsmodus N in den Rekuperationsmodus R umgeschaltet wird, wenn das Nutzfahrzeug-Gespann 100 beispielsweise eine Gefällestrecke hinabfährt und/oder eine Bremsung durchgeführt wird, werden die elektrischen Maschinen 5, 1 1 als Generatoren angesteuert. Dieser Vorgang ist als regeneratives Bremsen oder Rekuperation bekannt. In diesem Rekuperationsmodus R erzeugt die erste elektrische Maschine 5 elektrische Energie bei einer Rekuperationsleistung Pm und führt sie dem ersten elektrischen Speicher 3 zu, während die zweite elektrische Maschine 1 1 die von ihr bereitgestellte Rekuperationsleistung PR2 dem zweiten elektrischen Speicher 9 zur Verfügung stellt.

Während des Betrieb des Nutzfahrzeug-Gespanns 100, vorzugsweise sowohl im Normalbetriebsmodus N als auch im Rekuperationsmodus R, ermittelt die Brennstoffzellensteuerung 7 die vorstehend beschriebenen Betriebsparameter B von den elektrischen Speichern 3, 9 und den elektrischen Maschinen 5, 1 1 und passt die Erzeugungsleistung PE des Brennstoffzellensystems 1 als Funktion der Betriebsparameter B an.

Beispielsweise: Je mehr Rekuperationsleistung PRI von der ersten elektrischen Maschine 5 bereitgestellt werden kann, desto weiter kann die Erzeugungsleistung PE abgesenkt werden, um dennoch den ersten elektrischen Speicher 3 auf einem ausreichenden Ladestand Li zum Betrieb des Nutzfahrzeug-Gespanns 100 zu halten. Zudem wird von der zweiten elektrischen Maschine 1 1 über die Betriebsparameter B der Anteil an die Brennstoffzellensteuerung 7 gemeldet, mit dem der Anhänger 300 sich am Vortrieb des Nutzfahrzeug-Gespanns 100 im Normalbetriebsmodus N beteiligt, bzw. mit welchem Anteil der Anhänger 300 im Rekuperationsmodus R sich an der Rückgewinnung von Energie über die Rekuperationsleistung PR2 beteiligt.

Einige Betriebsparameter B des Anhängers 300 sind nicht im laufenden Betrieb ermittelbar, sondern betreffen charakteristische Betriebsgrößen, die für die elektrische Maschine 11 und den elektrischen Speicher 9 des Anhängers 300 charakteristisch sind, beispielsweise die Kapazität K2 des im Anhänger 300 verbauten zweiten elektrischen Speichers 9, aber optional auch die maximale Ladeleistung Pi_2max des zweiten Speichers 9 oder die maximale Antriebsleistung PA2max der zweiten elektrischen Maschine 11 . Diese Betriebsparameter können als feste parametrische Werte im Anhänger 300 hinterlegt werden und der Brennstoffzellensteuerung 7 beispielsweise über Datenaustausch übertragen werden. Die Informationselemente können aber beispielsweise auch einem Informationselement 21 zugeordnet sein, welches beispielsweise als RFID-Element im Kupplungsbereich des Anhängers 300 zur Zugmaschine 200 hin angeordnet ist, oder in Form eines oder mehrerer Barcodes, die am Anhänger 300 platziert sind und beim Anschließen des Anhängers 300 an die Zugmaschine 200 eingelesen werden.

Die Brennstoffzellensteuerung 7 steuert das Brenn Stoff zellen system 1 vorzugsweise zusätzlich mittels einer Betriebsstrategie S(t) entlang eines zeitlichen Verlaufs (t), wobei die Betriebsstrategie S(t) weiter vorzugsweise eine Vorhersage der Antriebsleistung und/oder der Rekuperationsleistung entlang des zeitlichen Verlaufs beinhaltet. Die Betriebsstrategie S(t) umfasst ferner vorzugsweise entlang des zeitlichen Verlaufs (t) eine Vorhersage der Ladestände Li, L2 der elektrischen Speicher 3, 9. Die Brennstoffzellensteuerung 7 ermittelt für den Betrieb des Nutzfahrzeug-Gespanns 100 entweder vorab oder kontinuierlich während des Normalbetriebsmodus N und/oder des Rekuperationsmodus R Streckeninformationen T, von der Fahrzeugsteuerung 8, beispielsweise von einem Flottenmanagementsystem der Zugmaschine 200 oder von einem topographischen Navigationssystem, und passt die Erzeugungsleistung PE zusätzlich zu der Berücksichtigung der Betriebsparameter B in Abhängigkeit der ermittelten Streckeninformationen T an.

Die Brennstoffzellensteuerung 7 fragt die Betriebsparameter B: Gesamtkapazität KG = Ki + K2; und/oder maximale Ladeleistung Pi_max = Pumax + Pi2max entweder unmittelbar von den elektrischen Speichern 3, 9 ab und/oder mittels Abfrage von dem Batteriemanagementsystem 15.

Die Gesamtkapazität KG, die Gesamtantriebsleistung PAG, und/oder die Gesamtrekuperationsleistung PRG kann von der Brennstoffzellensteuerung 7 berechnet werden oder separat berechnet werden, beispielsweise von der Bremssteuerung 17 oder dem Batteriemanagementsystem 15, und mittels Datenübertragung an die Brennstoffzellensteuerung 7 übermittelt werden.

Nachfolgend wird auf einen besonderen Verfahrensaspekt anhand der Figuren 2 bis 6 näher eingegangen.

In Fig. 2 ist der Betrieb eines Nutzfahrzeugs gemäß dem Stand der Technik schematisch dargestellt. Das Nutzfahrzeug gemäß dem Stand der Technik weist ein Brennstoffzellensystem auf, das mit einer konstanten Erzeugungsleistung PE von etwa 90 kW betrieben wird. Diese Leistung ist in etwa nötig, um ein vollbeladenes Nutzfahrzeug-Gespann von ca. 40 Tonnen auf ebener Strecke bei einer Geschwindigkeit von ca. 80 km/h zu bewegen. Es wird exemplarisch davon ausgegangen, dass der elektrische Speicher des Nutzfahrzeugs des Standes der Technik eine Antriebsbatterie mit einer Kapazität von 120 kWh aufweist. Bei einer Laderate von 1 ,5 C könnte jene Batterie mit einer maximalen Ladeleistung Pi_max von 180 kW geladen werden. Weil aber das Brennstoffzellensystem bereits konstant mit einer Leistung von 90 kW Erzeugungsleistung PE Energie in den elektrischen Speicher einbringt, steht für eine Rekuperation, die an einem Umschaltzeitpunkt tu beginnt, nur die Differenz zwischen der maximalen Ladeleistung Pi_max und der Erzeugungsleistung PE als Rekuperationsleistung PR zur Verfügung, also 90 kW.

Die Erfindung setzt demgegenüber auf ein Anpassen der Erzeugungsleistung PE. Übertragen auf ein generisches Setup, zunächst ohne Unterscheidung in Zugmaschine und Anhänger, dargestellt in Fig. 3, wird zu einem Umschaltzeitpunkt tu von dem Normalbetriebsmodus N in den Rekuperationsmodus R gewechselt, und die Batterie des Nutzfahrzeugs bis zum Erreichen der maximalen Ladeleistung Pi_max zusätzlich zu der Erzeugungsleistung PE mit Rekuperationsleistung P mit elektrischer Energie versorgt. Solange PE auf 90 kW unverändert gehalten wird, kann eine höhere Rekuperationsleistung als 90 kW nicht erreicht werden. Nach Ablauf einer Verzögerungsdauer ti von ca. einer halben Sekunde nach dem Umschaltzeitpunkt tu wird aber das Brennstoffzellensystem dazu angesteuert, die Erzeugungsleistung PE ZU senken. Hierdurch kann die Rekuperationsleistung PR weiter gesteigert werden.

Im idealisierten Beispiel der Fig. 3 und in den nachfolgenden Figuren ist die Erzeugungsleistung PE jeweils bis auf 0 abgesenkt, was einem Abschalten des Brennstoffzellensystems gleichkommen würde. In praktischen Anwendungsfällen wird vorzugsweise die Leistung PE auf einem für das Verschleißverhalten und die Lebensdauer des Brennstoffzellensystems günstigen reduzierten Leistungsniveau größer 0 eingeregelt. Prinzipiell ist aber auch ein vollständiges Abschalten des Brennstoffzellensystems und mithin ein Absenken von PE auf 0 möglich.

Das grundsätzliche in Fig. 3 dargestellte Konzept wird in Fig. 4 detaillierter mit Hinzunahme einer Visualisierung des Betriebs beider elektrischer Speicher 3, 9 des Nutzfahrzeug-Gespanns 100 gemäß Fig. 1 gezeigt. Der zweite elektrische Speicher 9 des Anhängers 300 weist beispielsweise eine Kapazität K2 von 40 kWh bei einer C-Rate von 6 C auf, was eine maximale Ladeleistung des zweiten elektrischen Speichers 9 von 240 kW zur Folge hat (Pi_2max). Das Nutzfahrzeug-Gespann 100 könnte in diesem Ausführungsbeispiel also mit von der zweiten elektrischen Maschine 11 eine maximale Rekuperationsleistung PR2max gleicher Höhe aufnehmen, und folglich eine Gesamtrekuperationsleistung PRGmax von 330 kW, wenn man das Brennstoffzellensystem 1 konstant bei PE = 90 kW betreiben würde. Durch Anpassen der Erzeugungsleistung PE wird aber auch hier die maximal abschöpfbare Rekuperationsleistung PRGmax noch wie folgt optimiert: Es wird wie in Fig. 3 im Zeitpunkt tu vom Normalbetriebsmodus N in den Rekuperationsmodus R gewechselt. Die zweite elektrische Maschine 11 beginnt im Zeitpunkt tu sofort mit der Rekuperation und stellt die Rekuperationsleistung PR2 zur Verfügung.

Nach einer Zeitdauer t2 beginnt auch die erste elektrische Maschine 5, die Rekuperationsleistung PRI zur Verfügung zu stellen. Das Brennstoffzellensystem 1 wird bereits ab dem Zeitpunkt tu so angesteuert, dass die Erzeugungsleistung PE (schonend) heruntergefahren wird. Somit kann bereits nach Verstreichen der Zeitdauer t2 eine größere Rekuperationsleistung PRI durch die erste elektrische Maschine 5 bereitgestellt werden, als bei Ausschöpfung der maximalen Ladeleistung Pumax der ersten elektrischen Maschine 5 möglich wäre, wenn PE nicht heruntergefahren worden wäre.

Auf diese Weise wird sukzessive die maximal erzielbare Gesamtrekuperationsleistung PRGmax optimiert.

Wie sich aus dem Vergleich der vorstehenden Figuren bereits zeigt, ist es für ein maximales Ausschöpfen des Rekuperationspotenzials des Nutzfahrzeug- Gespanns 100 vorteilhaft, die Erzeugungsleistung PE im Rahmen der Betriebsstrategie S(t) so früh wie möglich bei einem bekannten bevorstehenden Umschaltzeitpunkt tu zu reduzieren, d. h. auch durchaus schon vor dem Umschaltzeitpunkt tu.

Die Erfindung ist aber auch dann vorteilhaft, wenn die Erzeugungsleistung PE erst nach dem Umschaltzeitpunkt tu heruntergefahren wird, wie Fig. 5 exemplarisch veranschaulicht. In dem in Fig. 5 diagrammatisch skizzierten Verfahrensablauf wird im Normalbetriebsmodus N das Brennstoffzellensystem 1 dazu angesteuert, eine konstante Erzeugungsleistung PE bereitzustellen, wobei PE unterhalb der maximalen Ladeleistung Pumax des ersten elektrischen Speichers 3 liegt. Im Umschaltzeitpunkt tu wird in den Rekuperationsmodus R gewechselt, und im gleichen Zeitpunkt beginnt die zweite elektrische Maschine 9, die Rekuperationsleistung PR2 bereitzustellen. Mit einer Verzögerungsdauer in einem Zeitraum ti nach dem Umschaltzeitpunkt tu wird sodann das Brennstoffzellensystem 1 dazu angesteuert, die Erzeugungsleistung PE herunterzufahren. Im selben Zeitpunkt beginnt die erste elektrische Maschine 5, die Rekuperationsleistung PRI bereitzustellen. Der Anstieg der Rekuperationsleistung PRI wird in dem Moment verlangsamt, in welchem die Ladeleistung PLI ihr Maximum Pumax erreicht, steigt aber aufgrund der fortgesetzten Anpassung der Erzeugungsleistung PE weiter an, bis auch in diesem Ausführungsbeispiel schließlich das maximale Gesamtrekuperationspotenzial PRGmax nach einigen Sekunden voll ausgeschöpft werden kann. Wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 liegt ein Zeitraum t2 zwischen dem Beginn der Rekuperation durch die zweite elektrische Maschine 11 und die erste elektrische Maschine 5.

Für den Fall, dass trotz des vollen Ausschöpfens einer maximalen Rekuperationsleistung PRGmax=PRi max+PR2max über einen Verzögerungsvorgang im Rekuperationsmodus R noch zusätzliche Bremswirkung vonnöten ist, kann nach dem vollen Ausschöpfen der Rekuperationspotenziale zusätzlich der Retarder 19 von der Fahrzeugsteuerung 8 bzw. Bremssteuerung 17 angesteuert werden, und falls auch das zum Verzögern des Nutzfahrzeug- Gespanns 100 nicht ausreicht, können im Anschluss daran zusätzlich die Reibbremsen angesteuert werden.

Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 wird in dem exemplarischen Verfahrensablauf gemäß Fig. 6 nicht kaskadiert mit dem Rekuperieren ab dem Umschaltzeitpunkt tu begonnen, sondern simultan im Umschaltzeitpunkt tu, sodass im Vergleich zu Fig. 5 der Anstieg der Gesamtrekuperationsleistung PRG steiler verläuft als in der Variante gemäß Fig. 5. Das Herunterregeln der Erzeugungsleistung PE beginnt innerhalb des Zeitraums der Verzögerungsdauer ti nach dem Umschaltzeitpunkt, vorliegend etwa 1 Sekunde. Die Abschwächung des Anstiegs der Gesamtrekuperationsleistung PRG setzt früher ein und der Verlauf ist dann etwas flacher als im Verfahrensablauf gemäß Fig. 5, aber schlussendlich wird dieselbe maximale Gesamtrekuperationsleistung PRGmax wie in Fig. 5 erreicht.

Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, führt die Anmeldung der Prinzipien der Erfindung zu einer gesunkenen Erzeugungsleistung PE und damit zu einem niedrigeren Reaktantenverbrauch im Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 . Zudem wird durch dieses verbesserte Ausschöpfen der Rekuperationspotenziale der elektrischen Maschinen der Energie im Betrieb des Nutzfahrzeug-Gespanns 100 rückgewonnen, und der Verschleiß der Reibbremsen des Nutzfahrzeug-Gespanns 100 kann gesenkt werden.

BEZUGSZEICHENLISTE (TEIL DER BESCHREIBUNG)

1 Brennstoffzellensystem

3 erster elektrischer Speicher

5 erste elektrische Maschine

7 Brennstoffzellensteuerung

8 Fahrzeugsteuerung

9 zweiter elektrischer Speicher

11 zweite elektrische Maschine

15 Batteriemanagementsystem

17 Bremsensteuerung

19 Retarder

21 Informationselement

100 Nutzfahrzeug-Gespann

200 Zugmaschine

300 Anhänger

B Betriebsparameter

Ki , K2 Kapazität erster/zweiter elektrischer Speicher

KG Gesamtkapazität

Li, L2 Ladestand erster/zweiter elektrischer Speicher

N Normalbetriebsmodus

PAI, PA2 Antriebsleistung erste/zweite elektrische Maschine

PAI max, PA2max maximale Antriebsleistung erste/zweite el. Maschine

PAG Gesamtantriebsleistung

Pßl max, Pß2max maximale Bremsleistung erste/zweite elektrische Maschine

PE Erzeugungsleistung (Brennstoffzellensystem)

Pu max, Pl2max maximale Ladeleistung, erster elektrischer Speicher

PR, (PR1 , PR2) Rekuperationsleistung, (erster/zweiter elektrischer Speicher)

PR1 max, PR2max maximale Rekuperationsleistung, erste/zweite el. Maschine

PRG Gesamtrekuperationsleistung

PRGmax maximale Gesamtrekuperationsleistung

R Rekuperationsmodus

S(t) Betriebsstrategie T Streckeninformationen

(t) zeitlicher Verlauf tu Umschaltzeitpunkt