AT524963B1 - Kontrollverfahren für eine flachheitsbasierte Kontrolle wenigstens einer Ausgangsgröße eines Brennstoffzellensystems - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontrollverfahren für eine flachheitsbasierte Kontrolle wenigstens einer Ausgangsgröße (AG) eines Brennstoffzellensystems (100) auf Basis wenigstens einer Eingangsgröße (EG) des Brennstoffzellensystems (100), aufweisend die folgenden Schritte: - Empfangen wenigstens einer Soll-Ausgangsgröße (SAG) für das Brennstoffzellensystem (100), - Bestimmen wenigstens einer Soll-Eingangsgröße (SEG) auf Basis der vorgegebenen, wenigstens einen Soll-Ausgangsgröße (SAG) mittels eines modellierten Systemzusammenhangs (MS) auf Basis eines flachen Systems, - Vorgeben der bestimmten wenigstens einen Soll-Eingangsgröße (SEG) für ein Stellmittel (112) einer Stellvorrichtung (110) des Brennstoffzellensystems (100), wobei auf Basis der vorgegebenen, wenigstens einen Soll-Ausgangsgröße (SAG) mittels einem Kontrollmodul (120) eine Bestimmung wenigstens einer Soll-Eingangsgröße (SEG) auf Basis eines klassischen Kontrollzusammenhangs (KK) erfolgt, wobei die auf diese Weise erzeugte Soll-Eingangsgröße (SEG) mit der durch den modellierten Systemzusammenhang (MS) erzeugten Soll-Eingangsgröße (SEG) als Vorsteuerung kombiniert wird

Description

Beschreibung

KONTROLLVERFAHREN FÜR EINE FLACHHEITSBASIERTE KONTROLLE WENIGSTENS EINER AUSGANGSGROÖBßE EINES BRENNSTOFFZELLENSYSTEMS

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontrollverfahren für eine flachheitsbasierte Kontrolle wenigstens einer Ausgangsgröße eines Brennstoffzellensystems, eine Kontrollvorrichtung zur Durchführung eines solchen Kontrollverfahrens sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines solchen Kontrollverfahrens.

[0002] Es ist bekannt, dass Brennstoffzellensysteme eine Regelung benötigen und/oder mit Kontrollverfahren betrieben werden, um Ausgangsgrößen und/oder Betriebsparameter des Brennstoffzellensystems zu kontrollieren und/oder zu regeln, insbesondere zu regeln. Im Sinne einer Kontrolle ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Regelung und/oder eine Steuerung zu verstehen. Bekannte Kontrollverfahren bei Brennstoffzellensystemen sind so ausgelegt, dass sie versuchen, einen Zusammenhang zwischen der zu kontrollierenden Ausgangsgröße des Brennstoffzellensystems und/oder einer oder mehreren einzustellenden Eingangsgrößen des Brennstoffzellensystems herzustellen. Solche bekannten Kontrollverfahren basieren hierfür beispielsweise auf Kennfeldern oder algorithmischen Zusammenhängen und verwenden klassische Regelungssysteme, beispielsweise in Form eines sogenannten PID-Reglers, um die Regelung der gewünschten Ausgangsgröße durchzuführen.

[0003] Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass klassische Regelungen bei komplexen Regelungszusammenhängen sehr langsam reagieren und/oder nur unzureichend deren Komplexität berücksichtigen. Insbesondere dann, wenn mehrere Eingangsgrößen und mehrere Ausgangsgrößen voneinander quer abhängig sind, stößt die klassische Regelungssystematik schnell an ihre qualitativen und quantitativen Grenzen. Bei bekannten Brennstoffzellensystemen werden hierfür entsprechend komplexe Kennfelder benötigt, um trotzdem eine ausreichend hohe Qualität für die Regelung zur Verfügung zu stellen. Dies führt dazu, dass ein hoher Aufwand in der Zurverfügungstellung solcher Kennfelder in Kauf genommen werden müssen. Beispielsweise muss bei den bekannten Kontrollverfahren häufig ein Kompromiss zwischen der Regelungsgeschwindigkeit und der Vermeidung von exzessiver Uberschwingweite getroffen werden.

[0004] Weitere Kontrollverfahren sind beispielsweise aus den Veröffentlichungen DA FONSECA, R., et al. Control of PEMFC system air group using differential flatness approach: Validation by a dynamic fuel cell system model. Applied energy, 2014, 113. Jg., S. 219-229 und DAMOUR, Cedric, et al. A novel non-linear mode)-based control strategy to improve PEMFC water management - The flatness-based approach. International journal of hydrogen energy, 2015, 40. Jg., Nr. 5, S. 2371-2376 bekannt.

[0005] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine schnellere und/oder eine genauere Kontrolle wenigstens einer Ausgangsgröße des Brennstoffzellensystems zu ermöglichen.

[0006] Die voranstehende Aufgabe wird gelöst von einem Kontrollverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Kontrollvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie durch ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung sowie dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.

[0007] Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kontrollverfahren vorgeschlagen für eine flachheitsbasierte Kontrolle wenigstens einer Ausgangsgröße eines Brennstoffzellensystems auf Basis wenigstens einer Eingangsgröße des Brennstoffzellensystems. Ein solches Kontrollverfah-

ren weist die folgenden Schritte auf: - Empfangen wenigstens einer Soll-Ausgangsgröße für das Brennstoffzellensystem,

- Bestimmen wenigstens einer Soll-Eingangsgröße auf Basis der vorgegebenen, wenigstens einen Soll-Ausgangsgröße mittels eines modellierten Systemzusammenhangs auf Basis eines flachen Systems,

- Vorgeben der bestimmten wenigstens einen Soll-Eingangsgröße für ein Stellmittel einer Stellvorrichtung des Brennstoffzellensystems.

[0008] Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung beruht darauf, dass das Kontrollverfahren als flachheitsbasierte Kontrolle verwendet wird. Unter einer flachheitsbasierten Kontrolle ist die Verwendung eines modellierten Systemzusammenhangs auf Basis eines flachen Systems zu verstehen. Ein flaches System kann auch als differenziell flaches System bezeichnet werden. Dieses flache System bezieht sich dabei insbesondere auf ein Mehrgrößensystem mit mehreren Ausgangsgrößen und Eingangsgrößen, welches als nichtlineares Mehrgrößensystem ausgebildet ist. Insbesondere ist dieses nichtlineare Mehrgrößensystem zusätzlich dynamisch, wie dies bei einem Brennstoffzellensystem nahezu immer der Fall ist.

[0009] Ein Kontrollverfahren im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein Steuerungsverfahren, bevorzugt ein Vorsteuerungsverfahren („feedforward control“). Eine Kontrollvorrichtung ist im Sinne der Erfindung insbesondere ein Steuerungssystem oder ein Regelsystem. Unter einer Kontrolle ist im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Regelung zu verstehen.

[0010] Ein differenziell flaches System im Sinne der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass alle Eingangsgrößen sowie alle Zustandsgrößen auf Basis aller Ausgangsgrößen ohne Integration des Mehrgrößensystems in direktem Zusammenhang stehen und damit berechenbar sind. Mit anderen Worten erlaubt es ein differenziell flaches System, auf Basis wenigstens einer Ausgangsgröße ohne Integration, alle Eingangsgrößen zu berechnen. Alternativ oder zusätzlich können auf Basis einer oder mehrerer Ausgangsgrößen bei einem differenziell flachen System auch alle Zustandsgrößen ohne Integration des Mehrgrößensystems berechnet werden. Der erfindungsgemäße Kerngedanke beruht also darauf, dass das Kontrollverfahren einen modellierten Systemzusammenhang auf Basis eines solchen differenziell flachen Systems verwendet. Damit steht das erfindungsgemäße Kontrollverfahren im Gegensatz zu den bekannten Kontrollverfahren und der Nutzung von Kennfeldern, wie sie bisher für die Kontrolle von Brennstoffzellensystemen eingesetzt werden. Vielmehr erlaubt es die erfindungsgemäße Ausgestaltung des modellierten Systemzusammenhangs auf Basis eines differenziell flachen Systems, eine direkte Rück-Berechnung der Eingangsgröße zur Verfügung zu stellen.

[0011] Wie in der voranstehenden Erläuterung ersichtlich ist, besteht nun durch die Ausgestaltung des modellierten Systemzusammenhangs auf Basis des flachen Systems eine integrationsfreie Rückberechnungsmöglichkeit von der wenigstens einen Soll-Ausgangsgröße auf wenigstens eine Soll-Eingangsgröße. Separate Kennfelder Berechnungen physikalischer Zusammenhänge sind hier nicht oder nur zusätzlich notwendig.

[0012] Ein erfindungsgemäßes Kontrollverfahren startet damit, dass wenigstens eine Soll-Ausgangsgröße des Brennstoffzellensystems empfangen wird. Der Empfang kann separat von einem anderen Teilbereich eines Kontrollmoduls vorgegeben werden und beispielsweise einen gewünschten Massenstrom in einem Luft-Teilsystem des Brennstoffzellensystems darstellen. Auch ein Gegendruck eines Gegendruckventils in einem solchen Luft-Teilsystem kann zusätzlich oder alternativ eine Soll-Ausgangsgröße darstellen. Während bei bekannten Lösungen nun eine Querbeeinflussung zwischen dem Massenstrom und einem solchen Gegendruck am Gegendruckventil zu einem hohen Aufwand in dem zugehörigen Kontrollverfahren führte, ist es durch die flachheitsbasierte Kontrollmöglichkeit bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren nun möglich, dass eine direkte Bestimmung wenigstens einer Soll-Eingangsgröße auf Basis dieser vorgegebenen Soll-Ausgangsgrößen zur Verfügung gestellt wird. Insbesondere dann, wenn zwei oder mehr Soll-Ausgangsgrößen separat und unabhängig voneinander geregelt werden sollen, diese sich aber gegenseitig bei Variation verändern und beeinflussen, bringt ein erfindungsgemäßes

Kontrollverfahren damit sehr große Vorteile mit sich. Die Vorteile bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren zielen dabei insbesondere auf eine qualitativ bessere Kontrolle, also auf eine Reduktion eines Kontrollfehlers oder einer Kontrollschwingung, ab. Darüber hinaus ist die Kontrollgeschwindigkeit, also die Zeitspanne, die benötigt wird, bis die gewünschte Soll-Ausgangsgröße als Ist-Ausgangsgröße erreicht worden ist, verbessert.

[0013] Sobald ein oder mehrere Soll-Eingangsgrößen bestimmt worden sind, werden diese im dritten Schritt des erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens einem oder mehreren Stellmitteln von Stellvorrichtungen zur Verfügung gestellt. Soll beispielsweise der Gegendruck an einem Gegendruckventil in einem Luft-Teilsystem eines Brennstoffzellensystems kontrolliert werden, so kann ein Stellmittel einen Offnungswinkel eines Gegendruckventils als Soll-Eingangsgröße vorgeben. Bei einer Kontrolle des Massenstroms an Luft durch das Luft-Teilsystem ist beispielsweise eine Variation der Bestromung und damit der Drehzahl eines Kompressors für das Luft-Teilsystem im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar.

[0014] Es ist vorgesehen, dass bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren auf Basis der vorgegebenen, wenigstens einen Soll-Ausgangsgröße mittels einem Kontrollmodul eine Bestimmung wenigstens einer Soll-Eingangsgröße auf Basis eines klassischen Kontrollzusammenhangs erfolgt, wobei die auf diese Weise erzeugte Soll-Eingangsgröße mit der durch den modellierten Systemzusammenhang erzeugten Soll-Eingangsgröße als Vorsteuerung kombiniert wird. Das erfindungsgemäße Kontrollverfahren kombiniert also den modellierten Systemzusammenhang im Rahmen einer Vorsteuerung mit einem klassischen Kontrollzusammenhang, wie er beispielsweise durch einen PID-Regler gewährleistet werden kann. Dies führt zu einer regelungstechnischen Überlagerung eines klassischen Kontrollzusammenhangs und eines Systemzusammenhangs basierend auf einem differenziell flachen System. Die Vorteile der jeweiligen Regelungstechnik können dabei kombiniert werden und insbesondere die Qualität und Genauigkeit der Kontrolle sowie deren Geschwindigkeit noch weiter verbessert werden.

[0015] Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren durch die Kombination mit dem klassischen Kontrollzusammenhang Ungenauigkeiten des modellierten Systemzusammenhangs ausgeglichen werden. Die Kombination der beiden Systeme vermeidet dabei insbesondere ein unerwünschtes Schwingungsverhalten des klassischen Kontrollzusammenhangs und kombiniert dies mit einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit des modellierten Systemzusammenhangs. Insbesondere ist es möglich, entsprechende Kontrollbarameter des klassischen Kontrollzusammenhangs und/oder des modellierten Systemzusammenhangs an die Qualität dieser Kombination anzupassen und das gesamte Kontrollergebnis auf diese Weise weiter zu optimieren.

[0016] Vorteile bringt es ebenfalls mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren dieses für die Kontrolle wenigstens einer Ausgangsgröße eines Luft-Teilsystems des Brennstoffzellensystems verwendet wird. Während ein erfindungsgemäßes Kontrollsystem grundsätzlich für alle Ausgangsgrößen und alle Eingangsgrößen eines Brennstoffzellensystems die bereits erläuterten Vorteile mit sich bringen kann, so gilt dies im besonderen Maße für die Ausgangsgrößen eines Luft-Teilsystems. Diese sind insbesondere abhängig von anderen Ausgangsgrößen und bringen damit eine Querbeeinflussung mit sich, die bei einer klassisch angewendeten Regelungstechnik nur ein geringes Maß an Kontrollqualität mit sich bringen würde. Eine separate und unabhängige Kontrolle der einzelnen Ausgangsgrößen eines Luft-Teilsystems ist mit den bisherigen Lösungen nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich.

[0017] Bei einem Kontrollverfahren gemäß dem voranstehenden Absatz kann es vorteilhaft sein, wenn als Ausgangsgröße wenigstens eine der folgenden verwendet wird:

- Massenstrom an Luft, - Druck im Luft-Teilsystem.

[0018] Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Selbstverständlich können zwei oder sogar mehr unterschiedliche Ausgangsgrößen auch gemeinsam in einem solchen Kontrollverfahren Verwendung finden.

[0019] Von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren als Eingangsgröße wenigstens eine der folgenden verwendet wird:

- Drehzahl einer Kompressorvorrichtung des Luft-Teilsystems, - Öffnungswinkel eines Gegendruckventils des Luft-Teilsystems.

[0020] Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Auch hier ist es wieder möglich, zwei oder mehr Eingangsgrößen kombiniert in einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren einzusetzen. Auch ist es denkbar, dass eine größere Anzahl von Eingangsgrößen mit einer geringeren Anzahl von Ausgangsgrößen oder umgekehrt korreliert ist.

[0021] Von Vorteil ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren eine Erfassung wenigstens einer Ist-Ausgangsgröße und/oder wenigstens einer Ist-Eingangsgröße erfolgt und bei der Bestimmung der Soll-Eingangsgröße und/oder der Vorgabe der Soll-Eingangsgröße berücksichtigt wird. Auf diese Weise wird es möglich, dass das Kontrollverfahren als Regelungsschleife ausgestaltet ist. Dies kann sowohl bei Varianten mit ausschließlicher Verwendung des modellierten Systemzusammenhangs, aber auch bei einer Variante in Kombination mit einem klassischen Kontrollzusammenhang eingesetzt werden. Mit anderen Worten ist es möglich, die aktuelle Situation des Brennstoffzellensystems und/oder das Ergebnis eines vorangegangenen Regelungsschrittes, beim nächsten Schritt des Kontrollverfahrens zu berücksichtigen. Auch ist es hier möglich, ein selbstlernendes Modell zur Verfügung zu stellen, welches insbesondere eine Regelung in quantitativer Weise für das Brennstoffzellensystem gewährleistet.

[0022] Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Kontrollvorrichtung zur Durchführung eines Kontrollverfahrens für eine flachheitsbasierte Kontrolle wenigstens einer Ausgangsgröße eines Brennstoffzellensystems auf Basis wenigstens einer Eingangsgröße des Brennstoffzellensystems. Eine solche Kontrollvorrichtung weist ein Empfangsmodul zum Empfangen wenigstens einer Soll-Ausgangsgröße für das Brennstoffzellensystem auf. Weiter ist ein Bestimmungsmodul vorgesehen zum Bestimmen wenigstens einer Soll-Eingangsgröße auf Basis der vorgegebenen, wenigstens einen Soll-Ausgangsgröße mittels eines modellierten Systemzusammenhangs auf Basis eines flachen Systems. Die Kontrollvorrichtung weist darüber hinaus ein Vorgabemodul zum Vorgeben der bestimmten wenigstens einen Soll-Eingangsgröße für ein Stellmittel einer Stellvorrichtung des Brennstoffzellensystems auf. Dabei ist das Empfangsmodul, das Bestimmungsmodul und/oder das Vorgabemodul insbesondere für die Ausführung eines erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens ausgebildet. Somit bringt eine erfindungsgemäße Kontrollvorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Kontrollverfahren erläutert worden sind.

[0023] Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt, aufweisend Befehle, welche bei der Ausführung des Programms durch einen Computer, diesen veranlassen, die Schritte eines Kontrollverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Damit bringt auch ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Kontrollverfahren erläutert worden sind.

[0024] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind.

[0025] Es zeigen schematisch: [0026] Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung,

[0027] Fig. 2 die Anwendung eines erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens in einem Brennstoffzellensystem,

[0028] Fig. 3 ein schematischer Durchlauf eines Kontrollverfahrens, [0029] Fig. 4 ein schematischer Durchlauf eines erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens,

[0030] Fig. 5 ein schematischer Durchlauf einer weiteren Alternative eines erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens und

[0031] Fig. 6 ein schematischer Durchlauf einer weiteren Alternative eines erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens.

[0032] In Figur 1 ist schematisch eine Kontrollvorrichtung 10 dargestellt, welche in der Lage ist, bei einem Brennstoffzellensystem 100 ein erfindungsgemäßes Kontrollverfahren durchzuführen. Die Kontrollvorrichtung 10 ist mit einem Empfangsmodul 20 ausgestattet, welches eine Soll-Ausgangsgröße SAG, beispielsweise von einem, in der Figur 1 nicht dargestellten, Kontrollmodul 120 erhält. So kann beispielsweise ein gewünschter Massenstrom an Luft in einem Luft-Teilsystem 130 des Brennstoffzellensystems 100 als Soll-Ausgangsgröße SAG vorgegeben werden. Auf Basis dieser empfangenen Soll-Ausgangsgröße SAG wird mithilfe eines Bestimmungsmoduls 30 nun eine damit korrelierte Soll-Eingangsgröße SEG auf Basis eines modellierten Systemzusammenhangs MS bestimmt. Diese bestimmte Soll-Eingangsgröße SEG wird abschließend mithilfe des Vorgabemoduls 40 an ein Stellmittel 112 einer zugehörigen Stellvorrichtung 110 übermittelt.

[0033] Um die Abläufe in einer Kontrollvorrichtung 10 gemäß der Figur 1 näher erläutern zu können, zeigt die Figur 2 schematisch einen Teil eines Brennstoffzellensystems 100. Hier ist das Augenmerk auf den Brennstoffzellenstapel 140 gelegt, welcher sich in einen Anodenabschnitt 142 und einen Kathodenabschnitt 144 aufteilt. Für dieses Beispiel ist die Kontrollvorrichtung 10, hier für den Kathodenabschnitt 144 und damit auf das Luft-Teilsystem 130, angewendet. Die Kontrollvorrichtung 10 ist in der Lage, von einer hier nicht dargestellten externen Einheit, beispielsweise einem Kontrollmodul 120, eine Soll-Ausgangsgröße SAG zu erfassen und zu empfangen. Diese wird das erfindungsgemäße Kontrollverfahren durchlaufen, sodass hier entweder eine Soll-Eingangsgröße SEG an eine Kompressorvorrichtung 132 und/oder an ein Gegendruckventil 134 übermittelt wird. Somit kann durch die Variation der Drehzahl der Kompressorvorrichtung 132 sowohl der Massenstrom als auch die Drucksituation für Luft im Luft-Teilsystem 130 variiert werden. In gleicher Weise erlaubt alternativ oder zusätzlich auch eine Variation des Öffnungswinkels des Gegendruckventils 134 eine ähnliche Variation und damit eine zielgenaue Kontrolle des Massenstroms und/oder des Gegendrucks im Luft-Teilsystem 130. Um eine Regelungsschleife zur Verfügung zu stellen, ist hier zusätzlich noch eine schematische Darstellung von Sensoren zu erkennen, welche Eingangsgrößen EG im Zustrom zum Kathodenabschnitt 144 und Ausgangsgrößen AG in dem Abgasabschnitt nach dem Kathodenabschnitt 144 aufnehmen und weiterverarbeiten können.

[0034] Figur 3 zeigt schematisch, wie in diesem Beispiel zwei Soll-Ausgangsgrößen SAG vorgegeben und in einem gemeinsamen modellierten Systemzusammenhang MS der Kontrollvorrichtung 10 verarbeitet werden. Die daraus resultierenden Soll-Eingangsgrößen SEG werden nun an ein oder mehrere Stellvorrichtungen 110 vorgegeben, sodass sich entsprechend Ist-Ausgangsgrößen IAG im Brennstoffzellensystem 100 einstellen.

[0035] In der Figur 4 ist der in Figur 3 dargestellte, einfachste Kontrollzusammenhang weiter ergänzt durch eine klassische Regelungssituation. Hier ist nun für jede Soll-Ausgangsgröße SAG zusätzlich ein klassischer Kontrollzusammenhang KK, beispielsweise in Form eines PID-Reglers, zur Verfügung gestellt. Somit wird es möglich, im Nachgang, nachfolgend dem klassischen Kontrollzusammenhang, die beiden Soll-Eingangsgrößen SEG aus dem klassischen Kontrollzusammenhang KK und dem modellierten Systemzusammenhang MS im Rahmen einer Vorsteuerung zu kombinieren und so in optimierter Weise der Stellvorrichtung 110 zur Verfügung zu stellen. Die Kombination verbessert die gesamte Kontrollqualität beim Durchlauf des Kontrollverfahrens weiter.

[0036] In der Figur 5 ist eine zusätzliche Weiterbildung zur Ausgestaltungsform der Figur 4 dargestellt. Hier werden nun Ist-Ausgangsgrößen IAG bestimmt und in den Eingangsbereich eines erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich noch vor dem klassischen Kontrollzusammenhang KK, zurückgeführt. Es entsteht also bei Ausführungsform der Figur 5 eine Kontrolle mit einer Klassenregelungsstrecke mit Rückkopplung und zusätzlich integrierter Vorsteuerung mithilfe des modellbasierten Systemzusammenhangs MS.

[0037] Abschließend zeigt die Figur 6 noch eine Lösung, welche es erlaubt, in der Mitte des Kontrollverfahrens noch Ist-Eingangsgrößen IEG zu bestimmen, um insbesondere in quantitativer Weise die Kontrolle noch genauer, schneller und exakter ausgestalten zu können.

[0038] Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 Kontrollvorrichtung 20 Empfangsmodul 30 Bestimmungsmodul

40 Vorgabemodul

100 Brennstoffzellensystem 110 Stellvorrichtung

112 Stellmittel

120 Kontrollmodul

130 Luft-Teilsystem

132 Kompressorvorrichtung 134 Gegendruckventil

140 Brennstoffzellenstapel 142 Anodenabschnitt

144 Kathodenabschnitt

MS modellierter Systemzusammenhang

KK klassischer Kontrollzusammenhang

EG Eingangsgröße SEG Soll-Eingangsgröße IEG Ist-Eingangsgröße AG Ausgangsgröße SAG Soll-Ausgangsgröße IAG Ist-Ausgangsgröße

Claims (8)

Patentansprüche

1. Kontrollverfahren für eine flachheitsbasierte Kontrolle wenigstens einer Ausgangsgröße (AG) eines Brennstoffzellensystems (100) auf Basis wenigstens einer Eingangsgröße (EG) des Brennstoffzellensystems (100), aufweisend die folgenden Schritte:

- Empfangen wenigstens einer Soll-Ausgangsgröße (SAG) für das Brennstoffzellensystem (100),

- Bestimmen wenigstens einer Soll-Eingangsgröße (SEG) auf Basis der vorgegebenen, wenigstens einen Soll-Ausgangsgröße (SAG) mittels eines modellierten Systemzusammenhangs (MS) auf Basis eines flachen Systems,

- Vorgeben der bestimmten wenigstens einen Soll-Eingangsgröße (SEG) für ein Stellmittel (112) einer Stellvorrichtung (110) des Brennstoffzellensystems (100),

dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der vorgegebenen, wenigstens einen Soll-Ausgangsgröße (SAG) mittels einem Kontrollmodul (120) eine Bestimmung wenigstens einer Soll-Eingangsgröße (SEG) auf Basis eines klassischen Kontrollzusammenhangs (KK) erfolgt, wobei die auf diese Weise erzeugte Soll-Eingangsgröße (SEG) mit der durch den modellierten Systemzusammenhang (MS) erzeugten Soll-Eingangsgröße (SEG) als Vorsteuerung kombiniert wird.

2, Kontrollverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Kombination mit dem klassischen Kontrollzusammenhang (KK) Ungenauigkeiten des modellierten Systemzusammenhangs (MS) ausgeglichen werden.

3. Kontrollverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es für die Kontrolle wenigstens einer Ausgangsgröße (AG) eines Luft-Teilsystems (130) des Brennstoffzellensystems (100) verwendet wird.

4. Kontrollverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsgröße (AG) wenigstens eine der folgenden verwendet wird:

- Massenstrom an Luft - Druck im Luft-Teilsystem (130)

5. Kontrollverfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsgröße (EG) wenigstens eine der folgenden verwendet wird:

- Drehzahl einer Kompressorvorrichtung (132) des Luft-Teilsystems (130) - Öffnungswinkel eines Gegendruckventils (134) des Luft-Teilsystems (130)

6. Kontrollverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erfassung wenigstens einer Ist-Ausgangsgröße (IAG) und/oder wenigstens einer Ist-Eingangsgröße (IEG) erfolgt und bei der Bestimmung der Soll-Eingangsgröße (SEG) und/oder der Vorgabe der Soll-Eingangsgröße (SEG) berücksichtigt wird.

7. Kontrollvorrichtung (10) zur Durchführung eines Kontrollverfahrens für eine flachheitsbasierte Kontrolle wenigstens einer Ausgangsgröße (AG) eines Brennstoffzellensystems (100) auf Basis wenigstens einer Eingangsgröße (EG) des Brennstoffzellensystems (100), aufweisend ein Empfangsmodul (20) zum Empfangen wenigstens einer Soll-Ausgangsgröße (SAG) für das Brennstoffzellensystem (100), ein Bestimmungsmodul (30) zum Bestimmen wenigstens einer Soll-Eingangsgröße (SEG) auf Basis der vorgegebenen, wenigstens einen SollAusgangsgröße (SAG) mittels eines modellierten Systemzusammenhangs (MS) auf Basis eines flachen Systems und ein Vorgabemodul (40) zum Vorgeben der bestimmten wenigstens einen Soll-Eingangsgröße (SEG) für ein Stellmittel (112) einer Stellvorrichtung (110) des Brennstoffzellensystems (100), wobei das Empfangsmodul (20), das Bestimmungsmodul (30) und/oder das Vorgabemodul (40) insbesondere für die Ausführung eines Kontrollverfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet sind.

8. Computerprogrammprodukt, aufweisend Befehle, welche bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen die Schritte eines Kontrollverfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen