DE102005000611A1 - Brennstoffzellenanlage - Google Patents

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Eberhard Schoch
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Rainer Saliger
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Jens Intorp
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Abstract

Es wird eine Brennstoffzellenanlage mit einer Brennstoffzelleneinheit (100) zur Erzeugung elektrischer Energie, mit einem elektrischen Speicher (107, 109) zur Speicherung oder Abgabe elektrischer Energie und mit einem elektrischen Verbraucher (103, 110, 101) zum Verbrauchen elektrischer Energie, insbesondere mit einem als Verbraucher ausgebildeten elektrischen Antriebsmotor (103) zum Antreiben eines Fahrzeugs, wobei eine Diagnoseeinheit (113) zum Ermitteln der Funktionsfähigkeit wenigstens der Brennstoffzelleneinheit (100) während einer Diagnosephase vorgesehen ist, vorgeschlagen, die eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Verfügbarkeit bzw. Zuverlässigkeit des Systems aufweist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass eine Kontrolleinheit (113) zum Festlegen der zumindest während der Diagnosephase von der Brennstoffzelleneinheit (100) erzeugten elektrischen Leistung vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Beim Einsatz von Brennstoffzellensystemen, z.B. als sogenannte APU (Auxiliary Power Unit) und/oder im Antriebssystem von Fahrzeugen sowie in stationären Systemen, sollte das elektrische Energiemanagement den Zustand der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstacks bezüglich Dynamik, Leistungsfähigkeit, Degradation und/oder Mindestspannung kennen. Vor allem bei Reformersystemen sind zusätzlich Informationen über die Degradation und die Dynamik der Gaserzeugungseinheit nötig. Nur so kann die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit des Systems sichergestellt werden.
  • Bisher bekannte Systeme genügen diesen Anforderungen nur unzureichend. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift US 5,945,229 ein Brennstoffzellensystem, bei dem das Verhalten der Stromspannungskennlinie des Stacks über zusätzliche Brennstoffzellen am Stackeingang und Stackausgang ermittelt wird. Hieraus wird auf die CO-Konzentration im wasserstoffreichen Anodengas geschlossen. Bei Abweichung zu einem Referenzverhalten, d.h. es wird ein Soll-Ist-Vergleich durchgeführt, werden automatisch Schutzhandlungen zur Vermeidung einer CO-Vergiftung des Stacks ausgelöst.
    •
  • Aufgabe und Vorteile der Erfindung: Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Brennstoffzellenanlage vorzuschlagen, die eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Verfügbarkeit bzw. Zuverlässigkeit des Systems aufweist.
  • Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Brennstoffzellenanlage der einleitend genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
  • Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenanlage dadurch aus, dass eine Kontrolleinheit zum Festlegen der zumindest während der Diagnosephase von der Brennstoffzelleneinheit erzeugten elektrischen Leistung vorgesehen ist. Mit Hilfe dieser Maßnahme kann ein vorteilhaftes Diagnoseprofil der elektrischen Leistung der Brennstoffzelleneinheit erzeugt werden. Beispielsweise können unterschiedlichste Stromdichten der Brennstoffzelleneinheit generiert und für die Diagnose der Funktionsfähigkeit der Brennstoffzelleneinheit verwendet werden.
  • Vorzugsweise ist eine Entkopplung der von der Brennstoffzelleneinheit erzeugten elektrischen Leistung von der zu diesem Zeitpunkt bzw. der während der Diagnosephase verbrauchten elektrischen Leistung vorgesehen. Dies ist deshalb von besonderem Vorteil, da hierdurch der Betrieb der Brennstoffzelleneinheit bzw. deren erzeugte Leistung weitestgehend unabhängig vom aktuellen Verbrauch werden kann. Hiermit kann die von der Brennstoffzelleneinheit erzeugte elektrische Leistung im Wesentlichen von der Diagnose bzw. von deren Anforderungen abhängen. Dies ermöglicht eine Optimierung der Diagnose und führt zu einer entscheidenden Verbesserung der Diagnose im Vergleich zum Stand der Technik.
  • Durch eine vorteilhafte Einbindung des elektrischen Speichers, der sowohl zur Speicherung als auch zur Abgabe elektrischer Energie ausgebildet ist, wird die Unabhängigkeit der Erzeugung der elektrischen Energie der Brennstoffzelleneinheit vom aktuellen bzw. momentanen Energieverbrauch in vorteilhafter Weise realisiert. Beispielsweise kann bei Bedarf der elektrische Speicher einerseits elektrische Energie abgeben und andererseits von der Brennstoffzelleneinheit überschüssig erzeugte elektrische Energie speichern. Das bedeutet, dass der elektrische Speicher in vorteilhafter Weise die gegebenenfalls vorhandene Differenz zwischen der erzeugten elektrischen Leistung der Brennstoffzelleneinheit und der verbrauchten elektrischen Leistung des bzw. der elektrischen Verbraucher in vorteilhafter Weise ausgleicht. Hiermit wird die Betriebssicherheit bzw. die Einsatzfähigkeit der gesamten Brennstoffzellenanlage, gerade auch in der Diagnosephase, vorteilhaft gewährleistet.
  • Generell kann gemäß der Erfindung eine reproduzierbare Diagnose bzw. Messung der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere der Polarisationskennlinie oder dergleichen, in vorteilhafter Weise durchgeführt werden. Hiermit wird die Genauigkeit der Diagnose in bedeutender Weise im Vergleich zum Stand der Technik erhöht. Gemäß der Erfindung eröffnen sich vollkommen neue Möglichkeiten der Diagnose der Brennstoffzelleneinheit bzw. der gesamten Brennstoffzellenanlage. Beispielsweise werden bei Fahrzeuganwendungen der untere Lastbereich der Brennstoffzelleneinheit in der Regel relativ schnell durchlaufen, so dass bei einer Brennstoffzellenanlage gemäß dem Stand der Technik Erkenntnisse, die lediglich aus dem unteren Lastbereich gewinnbar sind, nicht bzw. kaum gewonnen werden können. Gemäß der Erfindung kann beispielsweise die Brennstoffzelleneinheit bewusst im unteren Lastbereich betrieben und die Funktionsfähigkeit bzw. der Zustand entsprechend diagnostiziert werden.
  • Es ist denkbar, die Brennstoffzelleneinheit derart zu betreiben, dass diese eine weitgehend stetige, sich ändernde elektrische Leistung während der Diagnosephase erzeugt. Beispielsweise könnte die elektrische Leistung der Brennstoffzelleneinheit einen sinusförmigen oder ähnlichen Verlauf während der Diagnosephase aufweisen. Es ist weiterhin denkbar, dass mit dieser Variante der Erfindung, beispielsweise die Trägheit der Brennstoffzelleneinheit bzw. einzelner Komponenten ermittelt und mit einem Soll-Zustand verglichen werden kann. Hieraus können z.B. Aussagen bezüglich der Funktionsfähigkeit bzw. des Zustandes der Brennstoffzelleneinheit gewonnen werden.
  • Vorzugsweise ist zumindest während einem Zeitabschnitt der Diagnosephase die von der Brennstoffzelleneinheit erzeugte elektrische Leistung im Wesentlichen konstant. Eine vorteilhaft konstante, erzeugte elektrische Leistung bzw. ein entsprechend stationärer Zustand der Brennstoffzelleneinheit ist für die Ermittlung der Funktionsfähigkeit der Brennstoffzelleneinheit bzw. für die Gewinnung von bestimmten Erkenntnissen über den Zustand bzw. die Funktionsfähigkeit der Brennstoffzelleneinheit von besonderer Bedeutung bzw. zum Teil unbedingte Voraussetzung. Hiermit wird die Diagnostizierbarkeit der Brennstoffzelleneinheit zum einen im Vergleich zum Stand der Technik deutlich erweitert und zum anderen die Genauigkeit der Diagnose weiter verbessert.
  • Beispielsweise ist während der Diagnosephase die von der Brennstoffzelleneinheit erzeugte elektrische Leistung in einem oberen Bereich und/oder in einem unteren Bereich der erzeugbaren bzw. maximalen Leistung. Hierdurch können Erkenntnisse des oberen bzw. unteren Leistungsbereichs der Brennstoffzelleneinheit in vorteilhafter Weise gewonnen und zur Diagnose der Funktionsfähigkeit bzw. des Zustandes der Brennstoffzelleneinheit verwendet werden. Gerade der Betrieb der Brennstoffzelleneinheit sowohl im oberen als auch im unteren Bereich der erzeugbaren bzw. maximalen Leistung gewährleistet einen besonders breit dimensionierten Untersuchungs- bzw. Diagnosebereich der Brennstoffzelleneinheit. Dies führt zu einer weiteren Verbesserung der Diagnostizierbarkeit der Brennstoffzelleneinheit. Hiermit können besonders vorteilhafte Erkenntnisse bezüglich der Funktionsfähigkeit bzw. des Zustands der Brennstoffzelleneinheit mit Hilfe der Kontrolleinheit bzw. der Diagnoseeinheit gewonnen werden.
  • In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist der obere Bereich die obersten zwei Fünftel und/oder der untere Bereich die unteren zwei Fünftel der erzeugbaren bzw. maximalen Leistung der Brennstoffzelleneinheit. Vorteilhafterweise ist der obere Bereich das oberste Drittel und/oder der untere Bereich das unterste Drittel der erzeugbaren bzw. maximalen Leistung der Brennstoffzelleneinheit. Es konnte nachgewiesen werden, dass gerade in diesen Bereichen die Ermittlung der Funktionsfähigkeit bzw. des Zustandes der Brennstoffzelleneinheit besondere Erkenntnisse ermöglicht. Zudem wird mit Hilfe dieser Maßnahmen ein besonders breiter Leistungs- bzw. Lastbereich der Brennstoffzelleneinheit untersuchbar.
  • Vorzugsweise ist im oberen Bereich ein erster Zeitabschnitt mit im Wesentlichen konstanter, erzeugter elektrischer Leistung und/oder im unteren Bereich ein zweiter Zeitabschnitt mit im Wesentlichen konstanter, erzeugbarer bzw. maximaler Leistung der Brennstoffzelleneinheit vorgesehen. Dies ermöglicht einerseits einen stationären Zustand der Brennstoffzelleneinheit im oberen und/oder unteren Leistungsbereich, wodurch die Diagnostizierbarkeit der Brennstoffzelleneinheit bzw. der Brennstoffzellenanlage weiter verbessert wird.
  • Beispielsweise kann die während der Diagnosephase verbrauchte elektrische Energie bzw. Leistung dadurch verändert werden, dass gegebenenfalls weniger relevante Verbraucher abgeschaltet und/oder zugeschaltet und/oder deren Verbrauch in vorteilhafter Weise etwas verändert wird. Beispielsweise kann insbesondere bei Fahrzeuganwendungen die Leistung der elektrischen Fensterantriebe, eine Heizungs- und/oder Klimaanlage, etc. zu- bzw. abgeschaltet und/oder in deren Leistung gedrosselt bzw. etwas erhöht werden, ohne dass beispielsweise der Komfort in einem Fahrzeug in nennenswertem Umfang beeinträchtigt wird.
  • Vorzugsweise ist die Kontrolleinheit zum Ändern wenigstens des Wirkungsgrades des elektrischen Verbrauchers ausgebildet. Mit Hilfe dieser Maßnahme wird beispielsweise bei nahezu gleichbleibender Funktionalität des Verbrauchers, z.B. bei gleicher Antriebsleistung des Antriebsmotors, mehr und/oder weniger elektrische Leistung, insbesondere von der Brennstoffzelleneinheit erzeugter elektrischer Leistung, verbraucht. Mit Hilfe dieser Maßnahme wird vor allem bei einem nahezu vollen elektrischen Speicher eine Erhöhung der von der Brennstoffzelleneinheit erzeugten elektrischen Leistung möglich. Beispielsweise kann bei unterschiedlichsten Elektromotortypen, insbesondere bei permanentmagnetisch erregten Synchronmaschinen oder dergleichen, über eine Feldschwächung und/oder mit Hilfe einer Änderung des Tastverhältnisses der Leistungselektronik, insbesondere bei der Verwendung von DC/DC- und/oder DC/AC-Wandlern oder dergleichen, der Arbeitspunkt des Elektromotors bzw. Elektroantriebs in der Weise verändert bzw. verschlechtert werden, dass in vorteilhafter Weise momentenneutral mehr oder weniger Strom vom Verbraucher aufgenommen wird. Hiermit wird effektiv der Wirkungsgrad des Verbrauchers in vorteilhafter Weise verändert bzw. vorzugsweise verringert, so dass z.B. bei gleicher Antriebsleistung mehr elektrische Leistung verbraucht wird. Entsprechend kann dies auch bei anderen Elektromaschinen, wie z.B. bei Asynchronmaschinen, SR-Motoren, etc., angewendet werden. Beispielsweise kann mit Hilfe einer Veränderung des Ansteuerwinkels und/oder Tastverhältnisses die Aufnahmeleistung erhöht werden, wobei gleichzeitig das Abgabemoment des Elektromotors im Wesentlichen konstant bleibt.
  • In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist die Kontrolleinheit zum Verändern des Wirkungsgrades der Brennstoffzelleneinheit ausgebildet. Beispielsweise wird der Wirkungsgrad der Brennstoffzelleneinheit durch eine Variation eines Betriebsdrucks, des Lambda-Wertes oder dergleichen, realisiert. Hierdurch kann auch mit entsprechenden Betriebszuständen bzw. mit diesen Parametervorgaben die Funktionsfähigkeit, insbesondere das Strom-Spannungs-Verhalten der Brennstoffzelleneinheit, diagnostiziert werden. Hiermit wird wiederum eine vorteilhafte Erweiterung der Diagnostizierbarkeit der Brennstoffzelleneinheit gemäß der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik verwirklicht.
  • Generell ist von Vorteil, die Diagnosephase während einer Betriebsphase, insbesondere bei Fahrzeuganwendungen während dem Fahren des Fahrzeugs, durchzuführen. Hierbei ist von besonderem Vorteil, dass die Brennstoffzellenanlage nicht vor und/oder nach dem Abstellen bzw. in einer Fahrpause durchgeführt werden. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise vermieden, dass beispielsweise einzelne Komponenten der Brennstoffzellenanlage bzw. des Fahrzeugs Geräusche abgeben, die den Anwender verwirren bzw. stören könnten. Darüber hinaus ist es in Fahrpausen bzw. Stillstandphasen des Fahrzeugs zum Teil äußerst schwierig, einen relevanten elektrischen Energieverbrauch für die Diagnose zu erzeugen.
  • In vorteilhafter Weise ist wenigstens eine Erfassungseinheit zur Erfassung wenigstens eines Ist-Wertes eines ersten Parameters der Brennstoffzelleneinheit zu einem ersten Zeitpunkt T1 vorgesehen. Hiermit kann die Diagnose der Brennstoffzelleneinheit besonders einfach umgesetzt werden.
  • Darüber hinaus kann die Diagnose gemäß der Erfindung beispielsweise bei einer Abweichung des erfassten Ist-Wertes von einem vorgegebenen Soll-Wert des entsprechenden Parameters mit Hilfe der Kontrolleinheit oder dergleichen veranlasst bzw. die Diagnosephase begonnen werden. Dies ist insbesondere bei Störungen der Brennstoffzellenanlage von besonderem Vorteil. Beispielsweise bei einer erfassten Verringerung des Wirkungsgrades der Brennstoffzelleneinheit kann die Diagnose entsprechend veranlasst und durchgeführt werden.
  • Grundsätzlich kann durch die Diagnose bzw. durch die gewonnenen Erkenntnisse aufgrund der Diagnose eine Optimierung des Regelverhaltens der Brennstoffzellenanlage bzw. des Fahrzeugs realisiert werden.
  • Generell kann durch die Diagnose bzw. durch die aufgrund der Diagnose gewonnenen Erkenntnisse über die Funktionsfähigkeit der Brennstoffzellenanlage eine vorteilhafte Regelung einer und/oder mehrerer Komponenten der Brennstoffzellenanlage in vorteilhafter Weise veranlasst und durchgeführt werden. Dies ist insbesondere bei einer akuten Verschlechterung bzw. einer eingetretenen Störung der Brennstoffzellenanlage von besonderem Vorteil.
  • Vorzugsweise ist wenigstens eine Kontrolleinheit zur Prüfung wenigstens eines vom ersten Ist-Wert des ersten Parameters abhängigen Soll-Wertes eines zweiten Parameters zu einem zweiten, um eine Zeitdifferenz ΔT späteren Zeitpunkt T2 vorgesehen. Dementsprechend ist T2 = T1 + ΔT, wobei im Sinn der Erfindung ΔT größer als eine reine Rechenzeit der Kontrolleinheit ist. Das heißt, dass ΔT bei derzeitigen oder zukünftigen Prozessoren, etc. nicht im Bereich von Bruchteilen einer Sekunde ist, sondern dass ΔT gleich die Rechenzeit der Kontrolleinheit, insbesondere des Prozessors, plus einer festlegbaren bzw. messbaren Verzögerungszeit ist. ΔT ist erfindungsgemäß einige Sekunden, Minuten, Stunden, Tage und/oder sogar Monate.
  • Gemäß dieser Variante der Erfindung wird eine Aussage bzw. ein Vergleich mit einem Referenzverhalten zu einem in der Zukunft liegenden Zeitpunkt T2 möglich. Grundsätzlich kann diese Voraussage bzw. sogenannten Prädiktion bezüglich der Brennstoffzellenanlage oder einzelner Komponenten dieser unabhängig von im Zeitpunkt T1 bzw. dem Zeitpunkt der Erfassung des Ist-Wertes des ersten Parameters bereits vorhandener Beeinträchtigungen bzw. Beschädigungen ermittelt werden. Das heißt, dass zum Zeitpunkt T1 keine bzw. noch keine Beeinträchtigung des Systems vorliegen kann, aber gemäß der Erfindung in der Zukunft beispielsweise bei unveränderten Bedingungen und/oder möglicher bzw. zu erwartender Änderungen eines oder mehrerer Parameter der Brennstoffzellenanlage eine Beeinträchtigung bzw. Beschädigung des Systems bzw. einzelner Komponenten des Systems möglich sein könnten bzw. zu erwarten sind. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein Zeitgewinn für gegebenenfalls vorzunehmende Gegen- und/oder Schutzmaßnahmen oder dergleichen zur Vermeidung bzw. Reduzierung entsprechender Beeinträchtigungen bzw. Beschädigungen realisierbar. Das führt dazu, dass in vorteilhafter Weise gemäß der Erfindung beispielsweise zu erwartende Beeinträchtigungen wie z.B. eine Mangelversorgung, eine Vergiftung, eine Degradation der Brennstoffzelleneinheit und/oder anderer Komponenten des Systems vermeidbar sind bzw. erst gar nicht entstehen können, zumindest in einem signifikanten Umfang.
  • Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung wird beim Stand der Technik dagegen eine bereits eingetretene Beeinträchtigung bzw. Störung des Systems bzw. einzelner Komponenten, insbesondere eine Degeneration der Brennstoffzelleneinheit, möglichst frühzeitig bzw. im Ansatz erfasst, um sofort entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten. Das heißt, dass die Beeinträchtigung bereits eingetreten ist. Gemäß der Erfindung werden Gegen- bzw. Schutzmaßnahmen in vorteilhafter Weise bereits vor Eintreten der Beeinträchtigung bzw. Beschädigung des Systems oder einzelner Komponenten mit Hilfe der Kontrolleinheit eingeleitet, so dass diese möglichst erst gar nicht entstehen. Dies erhöht in entscheidendem Maß die Zuverlässigkeit bzw. Verfügbarkeit des Systems.
  • Vorzugsweise wird ein zeitlicher Verlauf, insbesondere eine zeitliche Änderung, des Ist-Wertes des ersten Parameters erfasst. Hierdurch kann unter anderem eine Tendenz ermittelt bzw. eine zeitliche Extrapolation des ersten Parameters vorzugsweise bis zum Zeitpunkt T2 bzw. während der Zeitdifferenz ΔT berechnet werden. Hiermit kann gemäß der Erfindung ein Vergleich des Ist-Wertes des ersten Parameters zum Zeitpunkt T2 mit dem Soll-Wert des zweiten Parameters zum Zeitpunkt T2 durchgeführt werden.
  • Beim zweiten Parameter handelt es sich vorzugsweise um einen aggregierten bzw. hoch aggregierten Parameter der Brennstoffzellenanlage bzw. einzelner Komponenten dieser, der mit Hilfe mindestens einem vergleichsweise einfach zu ermittelnden ersten Parameter gebildet wird. Insbesondere ist als zweiten Parameter ein aggregierter Parameter der Brennstoffzelleneinheit vorgesehen.
  • Vorteilhafterweise ist der Soll-Wert des zweiten Parameters wenigstens eine Lebensdauer und/oder eine Leistung und/oder eine elektrische Mindestspannung der Brennstoffzelleneinheit.
  • In der Praxis hat sich gezeigt, dass gerade diese Parameter der Brennstoffzelleneinheit besondere Relevanz bezüglich einer Beschreibung des Zustands der Brennstoffzelleneinheit bzw. der Brennstoffzellenanlage darstellen.
  • In einer besonderen Variante der Erfindung ist die Kontrolleinheit zum Ändern eines Ist-Wertes eines dritten Parameters, insbesondere während der Zeitdifferenz ΔT, in Abhängigkeit des Soll-Wertes des zweiten Parameters, insbesondere zum Zeitpunkt T2, ausgebildet. Grundsätzlich ist die Kontrolleinheit zum Vergleich eines Wertes des zweiten Parameters mit dem Soll-Wert (Referenzwert des zweiten Parameters zu einem beliebigen Zeitpunkt TX) ausgebildet, insbesondere zum Zeitpunkt T2. In vorteilhafter Weise wird in dem Fall, dass der Wert des zweiten Parameters zum Zeitpunkt T2 den vorgegebenen Soll-Wert des zweiten Parameters unter Berücksichtigung einer vorteilhaften Toleranz nicht erreicht, d.h. über- oder unterschreitet, wird gemäß der Erfindung ein dritter Parameter bzw. eine Gegen-/Schutzmaßnahme oder dergleichen mit Hilfe der Kontrolleinheit geändert bzw. eingeleitet. Die Änderung des dritten Parameters wird in vorteilhafter Weise derart ausgebildet bzw. durchgeführt, so dass der Soll-Wert des zweiten Parameters, insbesondere zum Zeitpunkt T2, erreichbar ist. Das bedeutet z.B., dass gemäß der Erfindung beispielsweise eine potentielle absehbare Beeinträchtigung (eine mögliche bzw. zu erwartende Über- oder Unterschreitung des Soll-Wertes des zweiten Parameters zum Zeitpunkt T2) aufgrund einer zuvor eingeleiteten vorteilhaften Maßnahme, insbesondere während der Zeitdifferenz ΔT, vermieden bzw. bereits vor der potentiellen Entstehung verhindert werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der dritte Parameter wenigstens ein Parameter einer Komponente der Brennstoffzellenanlage und/oder eines Fahrzeugs, z.B. eines Personen-/Nutz-Kraftwagens, Schiffs, etc..
  • Beispielsweise ist der dritte Parameter ein Ein-/Aus-Parameter bzw. ein Zustandsparameter eines elektrischen Verbrauchers des Systems. Zum Beispiel kann in Abhängigkeit des erfindungsgemäßen Soll-Ist-Vergleiches eine Klimaanlage eines Brennstoffzellenfahrzeuges während der Zeitdifferenz ΔT ausgeschaltet bzw. gedrosselt werden, um insbesondere eine elektrische Mindestspannung und/oder eine elektrische Leistung der Brennstoffzelleneinheit zu einem späteren Zeitpunkt T2 nicht zu unterschreiten.
  • Andererseits kann z.B. ein von einer Reformereinheit erzeugter Massenstrom eines wasserstoffhaltigen Betriebsstoffs erhöht werden. Vorteilhafterweise ist ein Fall realisierbar, wobei insbesondere der erzeugte Massenstrom größer als der zu diesem Zeitpunkt benötigte Massenstrom ist und der überschüssige Massenstrom in einem vorteilhaften Wasserstoffspeicher oder dergleichen zwischenspeicherbar ist. Hierdurch steht z.B. zum späteren Zeitpunkt T2 wasserstoffhaltiger Betriebsstoffstrom aus dem Zwischenspeicher und dem Reformer der Brennstoffzellenanlage zur Verfügung, so dass eine Unterversorgung mit wasserstoffhaltigem Betriebsstoff nicht auftreten sollte.
  • Entsprechendes ist auch für das Oxidationsmittel, z.B. Luft, realisierbar, wobei beispielsweise eine vorsorgliche Druckerhöhung durchgeführt und/oder ein Druckluftspeicher aufgrund der erfindungsgemäßen Prüfung entsprechend befüllt werden kann, um z.B. zum späteren Zeitpunkt T2 eine Mangelversorgung der Brennstoffzelleneinheit mit Oxidationsmittel zu vermeiden.
  • In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung weist die Brennstoffzellenanlage einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere eine sogenannte Hochleistungsbatterie und/oder ein sogenannter Supercap oder dergleichen auf. In vorteilhafter Weise ist der dritte Parameter ein Parameter des elektrischen Energiespeichers. Hiermit wird ermöglicht, dass beispielsweise ein Be- und/oder Entladen des Energiespeichers in Abhängigkeit der erfindungsgemäßen Prüfung durchführbar ist. Hiermit kann insbesondere vermieden werden, dass zu einem Zeitpunkt T2 nicht in zu erwartender bzw. ausreichender Menge elektrische Energie zur Verfügung steht. Hierbei wird elektrische Energie zum Zeitpunkt T2 von der Brennstoffzelleneinheit und/oder dem elektrischen Energiespeicher dem System zur Verfügung gestellt.
  • Vorteilhafterweise ist der erste Parameter wenigstens ein Modellparameter eines mathematischen Modells der Brennstoffzelleneinheit bzw. Brennstoffzellenanlage. Gerade mit Hilfe einer derartig modellhaften Beschreibung der Brennstoffzelleneinheit und/oder Brennstoffzellenanlage wird eine Vereinfachung des Betriebs der Brennstoffzellenanlage bzw. eine Vereinfachung der Steuerung bzw. Regelung des Systems möglich.
  • Darüber hinaus ist der zweite Parameter wenigstens ein Modellparameter eines mathematischen Modells der Brennstoffzelleneinheit bzw. Brennstoffzellenanlage. Beispielsweise wird die Lebensdauer, Leistung und/oder die elektrische Mindestspannung der Brennstoffzelleneinheit mit Hilfe des mathematischen Modells der Brennstoffzelleneinheit in Abhängigkeit des ersten Parameters gebildet.
  • In einer besonderen Ausführungsform dieser Variante der Erfindung ist sowohl der zweite Parameter als auch der erste Parameter ein Modellparameter. Hierbei erfolgt eine besonders starke Vereinfachung der zum Teil sehr komplexen Zusammenhänge in einer Brennstoffzellenanlage, so dass sich in vorteilhafter Weise die Regelung bzw. Steuerung der Brennstoffzelleneinheit und/oder der Brennstoffzellenanlage entscheidend vereinfacht.
  • Vorzugsweise ist der als Modellparameter ausgebildete erste Parameter wenigstens eine Nernstspannung und/oder eine Aktivierungsenergie und/oder ein Innenwiderstand und/oder ein Massentransferparameter, insbesondere ein Parameter bezüglich dem Gasdiffusionsprozess, der Brennstoffzelleneinheit. In der Praxis wurde festgestellt, dass gerade mit Hilfe dieser Modellparameter eine ausreichend genaue Beschreibung des Verhaltens der Brennstoffzelleneinheit bzw. des Brennstoffzellenstacks möglich wird.
  • Vorzugsweise ist eine Vorrichtung zur Bildung des/der Modellparameter in Abhängigkeit wenigstens eines Ist-Wertes eines Basisparameters vorgesehen. Als Basisparameter ist beispielsweise ein Massenstrom und/oder eine Temperatur und/oder ein elektrischer Strom und/oder ein Druck der Brennstoffzelleneinheit bzw. der Brennstoffzellenanlage und/oder eines Fahrzeugs ausgebildet. Entsprechend vorteilhafte Basisparameter sind vorteilhafterweise besonders einfach zu erfassen bzw. werden bei derzeitigen Brennstoffzellenanlagen bereits erfasst, so dass kein bzw. lediglich ein sehr geringer zusätzlicher Aufwand zur Erfassung entsprechender Parameter gemäß der Erfindung notwendig ist.
  • Vorzugsweise ist der Basisparameter wenigstens ein Parameter der Brennstoffzelleneinheit und/oder einer Versorgungseinheit zum Versorgen der Brennstoffzelleneinheit mit einem Betriebsstoff. Die Versorgungseinheit umfasst beispielsweise einen Reformer oder dergleichen.
  • Bei einer speziellen Variante der Erfindung wird der erste Parameter mit Hilfe des mathematischen Modells der Brennstoffzelleneinheit aus einem oder mehreren Basisparametern und aus diesem ersten Modellparameter der zweite Parameter wiederum mit Hilfe des und/oder eines weiteren mathematischen Modells der Brennstoffzelleneinheit gebildet. Dies bedeutet beispielsweise, dass aus wenigstens einem Massenstrom, einer Temperatur, einem elektrischen Strom und/oder einem Druck mit Hilfe des mathematischen Modells die Nernstspannung, Aktivierungsenergie, Innenwiderstand und/oder der Gasdiffusionsprozess beschrieben wird und daraus wiederum die Lebensdauer, Leistung und/oder die elektrische Mindestspannung der Brennstoffzelleneinheit.
  • Vorteilhafterweise ist der erste Parameter ein Basisparameter. Mit dieser Maßnahme vereinfacht sich die Erzeugung des zweiten Parameters gemäß der Erfindung.
  • Grundsätzlich kann ein einziger oder mehrere zweite Parameter aus einem einzigen ersten Parameter oder aus einem Satz mehrerer erster Parameter und/oder Basisparametern gebildet werden.
  • In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist die Kontrolleinheit zur Prüfung des Soll-Wertes des zweiten Parameters in Abhängigkeit eines vierten Parameters ausgebildet. Mit Hilfe des vierten Parameters kann insbesondere eine genauere Beschreibung des zu erwartenden bzw. potentiellen zweiten Parameters zum späteren Zeitpunkt T2 bzw. zu einem zukünftigen Zeitpunkt nach der Zeitdifferenz ΔT erreicht werden. Hiermit kann in vorteilhafter Weise die Kontrolleinheit einen besseren Vergleich des zu erwartenden bzw. potentiellen Wertes mit dem Soll-Wert des zweiten Parameters durchführen.
  • Generell kann eine bereits zum Zeitpunkt T1 feststehende Änderung des vierten Parameter vorgesehen sein. Bei dieser Variante der Erfindung ist eine besonders genaue Beschreibung bzw. Berechnung des zu erwartenden bzw. potentiellen Wertes des zweiten Parameters zum zukünftigen Zeitpunkt T2 erreichbar.
  • Alternativ oder in Kombination zur zuvor genannten Variante ist während der Zeitdifferenz ΔT wenigstens eine potentielle Änderung des vierten Parameters vorgesehen. Beispielsweise stellt die potentielle Änderung des vierten Parameters eine vermutete bzw. wahrscheinliche Änderung des vierten Parameters dar. Hier können in vorteilhafter Weise aus der Vergangenheit gemachte Erfahrungen berücksichtigt werden. Hierbei sind insbesondere erfasste zeitliche Änderungen eines der Parameter der Brennstoffzellenanlage zu berücksichtigen. Aufgrund dieser zeitlichen Veränderungen kann beispielsweise mit Hilfe einer Extrapolation die potentielle Änderung des vierten Parameters mit Hilfe der Kontrolleinheit gemäß der Erfindung ermittelt bzw. berechnet werden.
  • Vorteilhafterweise ist der vierte Parameter als Basisparameter und/oder als ersten und/oder zweiter und/oder dritter Parameter ausgebildet. Bevorzugt ist der vierte Parameter als Last- bzw. als sogenanntes Lastprofil ausgebildet, d.h. die Abhängigkeit der elektrischen Leistung von der Zeit. Gerade entsprechende Lastprofile weisen einen besonderen Einfluss bezüglich der Dynamik des Systems auf.
  • Im Sinn der Erfindung bedeutet die gewählte Nummerierung bzw. Bezeichnung der Parameter keine zwanghafte Aufeinanderfolge, sondern dient lediglich der Unterscheidbarkeit der möglicherweise zu verwendenden Parameter. So kann z.B. der dritte Parameter nicht benötigt, jedoch der vierte Parameter zur Bildung des zweiten durchaus berücksichtig werden.
  • Generell kann die Kontrolleinheit gemäß der Erfindung eine vorteilhafte elektronische Speichereinheit aufweisen, die die zuvor genannten Abhängigkeiten und/oder modellhaften Zusammenhänge und/oder Soll-Werte der unterschiedlichen Parameter umfasst bzw. abgespeichert hat.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Kontrolleinheit zur Anpassung bzw. Adaption vor allem der Soll-Parameter ausgebildet. Mit Hilfe dieser Maßnahme kann beispielsweise eine Alterung bzw. Degeneration der Brennstoffzelleneinheit und/oder der Versorgungseinheit, etc. berücksichtigt werden. Vorzugsweise wird die Degeneration bzw. Alterung für das mathematische Modell berücksichtigt und/oder aufgrund des Modells ermittelt.
  • Generell kann gemäß der Erfindung eine Vorhersage bzw. eine Vorsorge bezüglich kritischer Systemzustände verwirklicht werden. Beispielsweise kann vorhergesagt werden, wie sich die Spannung und ob die Spannung unter einen kritischen Wert absinkt, in Abhängigkeit beispielsweise vom Betrieb bzw. vom Einschalten einer Klimaanlage, von einem Überholmanöver mit Volllast bei einem Brennstoffzellenfahrzeug usw..
  • Vorteilhafterweise ist eine Vielzahl zweiter Parameter zur Beschreibung einer Vielzahl potentieller Betriebszustände einzelner Komponenten und/oder des Gesamtsystems vorgesehen. Hier sind möglichst alle denkbaren bzw. vorstellbaren Betriebszustände zu berücksichtigen, so dass die Verfügbarkeit bzw. Zuverlässigkeit des Systems gemäß der Erfindung maximiert ist. Vorzugsweise wird eine Optimierung des Systems in Bezug zur Dynamik, zum Wirkungsgrad und/oder zur Dauerhaltbarkeit einzelner Komponenten und/oder des Gesamtsystems vorgesehen.
    •
  • Ausführungsbeispiel:
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
  • Im Einzelnen zeigt:
  • 1 ein Blockschaltbild eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanlage,
  • 2 eine schematische Kennlinie einer Stromspannungskennlinie für ein Modell einer Brennstoffzelleneinheit,
  • 3 eine schematische Kennlinie eines dynamischen Verhaltens einer Gasversorgung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanlage,
  • 4 schematische Kennlinien eines Verhaltens eines Gaserzeugungssystems mit Degradationserscheinungen,
  • 5 schematische Kennlinien verschiedener Komponenten der Brennstoffzellenanlage gemäß der Erfindung und
  • 6 ein schematisches Blockschaltbild einer Bordnetzstruktur bei einem Brennstoffzellenfahrantrieb gemäß der Erfindung.
  • In 1 ist schematisch ein Teil einer Brennstoffzellenanlage gemäß der Erfindung als Blockschaltbild dargestellt. Eine Brennstoffzelleneinheit 1 bzw. ein Brennstoffzellenstack 1 weist einen oder mehrere Inputparameter X1 und einen oder mehrere Outputparameter X2 auf. Die Inputparameter X1 sind beispielsweise Parameter von Massenströmen, Temperaturen, elektrischen Strömen und/oder Drücken der Brennstoffzellenanlage. Ein Outputparameter X2 der Brennstoffzelle 1 ist beispielsweise eine Spannung. Im Sinn der Erfindung können die Input-/Outputparameter X1, X2 -als sogenannte Basisparameter ausgebildet sein. Darüber hinaus kann der Outputparameter X2 als sogenannter zweiter Parameter gemäß der Erfindung ausgebildet sein. Im letztgenannten Fall kann die Ist-Spannung X2Ist zu einem momentanen Zeitpunkt T1 und/oder eine zu einem um eine Zeitdifferenz ΔT späteren Zeitpunkt T2 zu erwartende bzw. potentielle Spannung X2pot mit einem vorgegebenen Sollwert der Spannung X2soll bzw. mit der elektrischen Mindestspannung X2min der Brennstoffzelleneinheit 1 zu einem verglichen.
  • 1 ist weiterhin zu entnehmen, dass der/die Parameter X1 einem Modellblock 2 zur Verfügung gestellt werden. Der Modellblock 2 umfasst ein insbesondere abgespeichertes bzw. hinterlegtes Modell 21, eine Rückkopplungseinheit 22 und eine Parameteradaption 23. Vor allem mit Hilfe der Einheiten 22 und 23 kann eine Anpassung an beispielsweise eine Alterung bzw. Degeneration einzelner oder mehrerer Komponenten der Berennstoffzellenanlage wie z.B. der Brennstoffzelleneinheit 1 erfolgen, so dass das Modell 21 entsprechend an diese anpassbar ist. Hierdurch wird ein sich dynamisch änderndes Modell 21 verwirklichbar. Gegebenenfalls kann mittels bereits bekannter Anpassroutinen ein quasi-selbstlernendes Modell 21 realisiert werden.
  • In 2 ist schematisch die modellhafte Stromspannungskennlinie als auch die entsprechende mathematische Beschreibung eines Beispiels des Modells 21 dargestellt. Hierbei sind die Parameter Pi mit i = 1 bis 6, abhängig von dem Massenstrom, Druck und der Temperatur. Der erste Term der Formel beschreibt die Nernstspannung, der zweite Term die Aktivierungsenergie, der dritte Term den Innenwiderstand und der vierte Term den Gasdiffusionsprozess der Brennstoffzelleneinheit 1.
  • In 1 wird weiterhin verdeutlicht, wie mit Hilfe eines oder mehrerer Modellparameter XM des Modellblocks 2 und eines oder mehrerer Lastparameter X3 einer zu erwartenden bzw. potentiellen Last 3 Prädiktoren XP eines Prädiktorblockes 4 gebildet werden.
  • Mit Hilfe der Prädiktoren XP werden gegebenenfalls Maßnahmen eingeleitet, um beispielsweise einen Soll-Wert des Parameters X2 zu erreichen.
  • In 3 ist beispielhaft eine Dynamik der Gasversorgung, insbesondere eines Luftpfades und/oder eines Reformers oder dergleichen schematisch dargestellt. Hierbei sind Massenströme i in Abhängigkeit der Zeit t für unterschiedliche Fälle aufgeführt. 3 umfasst zusätzlich die mathematische Beschreibung der entsprechenden funktionellen Abhängigkeiten, wobei die Variable a als Funktion von Druck, Temperatur und einem zu erreichenden Massenstrom mEnd ist.
  • Beispielsweise ist zum Zeitpunkt T1 ein Massenstrom m01 vorhanden. Zu einem Zeitpunkt T2 nach einer Zeitspanne ΔT soll eine potentielle Erhöhung der elektrischen Leistung X3 der Brennstoffzelleneinheit 1 zur Verfügung stehen (vgl. insbesondere 1, Block 3). Es wird beispielhaft angenommen, dass die Laständerung zum Zeitpunkt t0 innerhalb der Zeitspanne ΔT eintritt. Weiterhin wird angenommen, dass zur Bereitstellung der potentiellen, elektrischen Leistung X3End zum Zeitpunkt T2 ein Massenstrom mEnd notwendig ist. Gemäß 3 wird deutlich, dass in dem Fall, in dem zum Zeitpunkt t0 der Massenstrom mol vorhanden wäre, dieser zur Erreichung von mEnd eine Zeitspanne Δt3 benötigen würde. 3 verdeutlich nunmehr, dass in diesem Fall zum Zeitpunkt T2 mEnd nicht erreicht werden würde.
  • Dagegen würde ein ab dem Zeitpunkt t0 sich erhöhender Massenstrom m02 mEnd zum Zeitpunkt T2 beinahe erreichen. Ein ab dem Zeitpunkt t0 sich erhöhender Massenstrom m03 würde mEnd bereits vor dem Zeitpunkt T2 erreichen.
  • Gemäß der Erfindung ist die nicht näher dargestellte Kontrolleinheit zur Prüfung entsprechender Zusammenhänge ausgebildet. Diese würde in der oben beschriebenen Situation zum Zeitpunkt T1 beispielsweise eine Änderung des Massenstroms m01 bereits vor dem Zeitpunkt t0 einleiten, bei dem die Änderung bzw. Erhöhung der geforderten elektrischen Leistung stattfinden soll, so dass zum Zeitpunkt T2 mEnd sicher erreicht werden kann. Vorzugsweise wird die hierbei vor dem Zeitpunkt T2 erzeugte überschüssige elektrische Energie mit einem vorteilhaften Energiespeicher zwischengespeichert, z.B. in einer Hochleistungsbatterie und/oder einem Supercap.
  • Möglicherweise könnte mit Hilfe der zwischengespeicherten Energie es sein, dass in der o.g. Situation gemäß 3 es ausreichen würde, zum Zeitpunkt t0 lediglich einen Massenstrom m02 realisiert zu haben. In diesem Fall würde die geringe Differenz zum Zeitpunkt T2 zwischen dem Massenstrom mIstT2 und mEnd und der hierdurch vorhandenen Differenz zwischen den Leistungen PelT2 und PelEnd durch die Leistung des Energiespeichers PelBa t überbrückt bzw. ausgeglichen werden. Zum Einleiten entsprechender Maßnahmen bzw. Prüfungen und/oder Berechnungen ist die Kontrolleinheit gemäß der Erfindung ausgebildet.
  • 4 stellt schematisch ein Verhalten eines nicht näher dargestellten Gaserzeugungssystems bzw. Reformers bezüglich einer Degradation dar. Hierbei ist ein Massenstrom mg eines zu reformierenden Betriebsstoffes wie z.B. Benzin oder dergleichen zu einem wasserstoffhaltigen Brennstoff in Abhängigkeit einer elektrischen Leistung Pel sowie einer längs eines Pfeiles 5 bzw. einer zunehmenden Degradation 5 dargestellt.
  • Generell wird gemäß der Erfindung die Anzahl der Modellparameter in vorteilhafter Weise so gering wie möglich gehalten, um eine gute Konvergenz bzw. Annäherung entsprechender Anpassroutinen für die freigegebenen Parameter zu ermöglichen. Als Eingangsgrößen sind z.B. gemessene bzw. aus den Messwerten abgeleitete Größen wie Strom, Systemdruck, Stöchiometrie der Anoden- und/oder Kathodengase und/oder Temperatur des Stacks 1 oder die Antwortzeiten des Systems.
  • Mit Hilfe des mathematischen Modells werden hieraus Modellausgangsgrößen für die Spannung berechnet und mit den gemessenen Größen entsprechend verglichen. Aus den gegebenenfalls vorhandenen Unterschieden werden verbesserte bzw. veränderte Modellparameter abgeleitet, weiterverwendet und zeitlich verfolgt bzw. in einem Steuergerät abgespeichert. Mit diesen aktuellen Beschreibungen der Modellzustandsgrößen bzw. Modellparameter und deren zeitlichen Verläufen werden anschließend in einem zweiten Schritt Prädiktoren XP errechnet.
  • Diese Prädiktoren XP können voraussagen, ob eine Mindestspannung bei z.B. relativ hohen Lastsprüngen unterschritten werden würde oder ob eine geforderte Leistung PelEnd tatsächlich erbracht werden könnte. Mit potentiellen Lastprofilen X3, z.B. Lastsprung, Kaltstart, Fahrzyklus, etc., werden die Reaktion des Systems, insbesondere die Spannungslage X2 und die maximal verfügbare Leistung PelIstmax, zu einem späteren Zeitpunkt T2 vorausberechnet. Die Reaktion des Systems ist z.B. durch die Hochlaufzeit eines Gebläses, eines Verdichters, durch eine Erwärmung eines Katalysators, durch klimatische Rahmenbedingungen wie Außentemperatur, etc., durch Verzögerungen bei der Brenngasversorgung oder dergleichen begrenzt. Es können aber auch Degradationen (vgl. insbesondere 4) zu einer reduzierten Leistungsfähigkeit führen. Entsprechend der im Modell 2 abgelegten Verhaltens bzw. Dynamikparameter steht zu jedem beliebigen Zeitpunkt TX, für einen potentiellen Lastsprung ΔPelpot lediglich eine maximale verfügbare Systemleistung PelmaxTx zur Verfügung. Liegt diese maximal verfügbare Systemleistung PelmaxTx unterhalb der zu einem späteren Zeitpunkt T2 wahrscheinlich bzw. potentiell notwendigen Leistung PelpotmaxT2, so können entsprechend vorteilhafte Gegenmaßnahmen bereits zu einem früheren Zeitpunkt T0, insbesondere innerhalb der Zeitspanne ΔT, eingeleitet bzw. veranlasst werden, um die gewünschte Systemleistung PelpotmaxT2 zur Verfügung zu stellen zu können. Das bedeutet, dass PelpotmaxT2 ≥ PelSollmaxT2 ist, 50 dass keine kritische Situation für das System bzw. eine Beeinträchtigung der Funktionsweise des Systems entsteht.
  • Die Parameteradaption gemäß 1 und deren zeitlicher Verlauf erlauben in vorteilhafter Weise eine langfristige Prädiktion über die Degradation eines Katalysators, insbesondere der Brennstoffzelle 1 und/oder der Gaserzeugungseinheit. Beispielsweise durch Extrapolation des zeitlichen Verlaufs und Vergleich mit gesetzten Grenzen für einzelne Parameter, z.B. Modellparameter des Innenwiderstands der Membran, Umsatzrate des Reformers usw., können Aussagen über die Restlebensdauer der kritischen Komponenten gemacht werden.
  • Beispielsweise kann mit Hilfe von Startwerten der Parameter P1 bis P6 gemäß 2 die während einer Stromentnahme gemessenen Spannungen mit dem entsprechenden Modellwert verglichen werden. Bei Abweichungen werden die Parameter P1 bis P6 in vorteilhafter Weise angepasst. Hierfür gibt es verschiedene, bereits bekannte mathematische bzw. sogenannte Fit-Verfahren wie z.B. Kalman-Filter, etc..
  • Generell kann mit der Betriebsstrategie gemäß der Erfindung ein Brennstoffzellensystem in ein modernes Bordnetz eines Fahrzeuges vorteilhaft eingebunden werden. Das hierdurch realisierte elektrische Energiemanagement der Brennstoffzellenanlage hat somit die Möglichkeit, rechtzeitig Maßnahmen zur Sicherstellung einer Mindestversorgung für wichtige Verbraucher bzw. Komponenten zu ergreifen, insbesondere bereits zu einem Zeitpunkt T1, der vor einer potentiellen Anforderung t0 liegt. Beispielsweise können zusätzliche Energiespeicher wie Hochleistungsbatterien und/oder Supercaps frühzeitig aufgeladen werden, um zu einem späteren Zeitpunkt T2 eine potentielle Leistung Pelpot dem System zur Verfügung zu stellen. Hierfür ist unter anderem eine vorteilhafte Laderegelung bzw. Ladestrategie des Energiespeichers rechtzeitig einleitbar.
  • Darüber hinaus kann beispielsweise ein weniger relevanter Verbraucher wie z.B. einer Klimaanlage, etc. gedrosselt bzw. abgeschaltet werden, um eine Mindestversorgung relevanter Komponenten des Systems, z.B. des Antriebsmotors, der elektronischen Regelung bzw. Steuerung, etc., zu gewährleisten.
  • Weiterhin kann ein Vorhalt im Brennstoffzellensystem realisiert werden. D.h. beispielsweise wird die Luftversorgung bzw. der Lambdawert der Brennstoffzellenversorgung erhöht und/oder ein höherer Systemdruck, insbesondere auf der Luftseite der Brennstoffzelleneinheit 1, realisiert und/oder vor allem bei Reformersystemen vorteilhafte Zwischenspeicher mit Reformatgas vorsorglich befüllt. Hierdurch kann eine vorteilhafte Dynamik des Gesamtsystems aufrecht erhalten werden, um potentielle Lastsprünge ΔPelpot bzw. Lastanforderungen für einen späteren Zeitpunkt T2 zu ermöglichen.
  • Generell ist gemäß der Erfindung eine Betriebsstrategie unter anderem für einen Brennstoffzellenantrieb von Fahrzeugen ableitbar, mit der ein Mindestvorhalt für eine gewünschte Dynamik bestimmt werden kann. Dieser Mindestvorhalt könnte unter anderem auch an angelernte Fahrerprofile, Jahreszeiten, etc. angepasst werden. Zum Beispiel wird ein höherer Vorhalt für einen sportlichen Fahrer und/oder während des Winters als für einen ökonomischen Fahrer und/oder während des Sommers benötigt.
  • Darüber hinaus könnten mit Hilfe der vorteilhaften Prädiktoren XP auch im Brennstoffzellensystem Maßnahmen ausgelöst werden, die der Regenerierung des Systems dienen, wie z.B. Purgen, Rezirkulation, Druck- und/oder Feuchtevariation einzelner Komponenten bzw. von Stoffströmen.
  • Grundsätzlich hat die Bestimmung z.B. der Restlebensdauer der Brennstoffzelleneinheit 1 als Prädiktor XP entscheidende Servicevorteile um ein möglicherweise vollständiges Versagen des Systems rechtzeitig zu verhindern.
  • 5 umfasst mehrere, schematische Kennlinien zur Veranschaulichung der Erfindung. In 5a ist ein Diagnoseanfang DA einer Diagnosephase und ein Diagnoseende DE dargestellt. In einem ersten Zeitabschnitt I wird mittels der Kontrolleinheit gemäß der Erfindung eine Arbeitspunktverschiebung längs der Polarisationskennlinie der Brennstoffzelleneinheit nach unten und in einem Zeitabschnitt II nach oben verschoben.
  • 5b zeigt schematisch die Leistung PBZ der Brennstoffzelleneinheit in Abhängigkeit der Zeit t. Hierbei wird deutlich, dass ab dem Zeitpunkt DA aufgrund der in 1a dargestellten Arbeitspunktverschiebung im Zeitabschnitt I die Stackleistung PBZ beispielhaft von 10 kW auf 5 kW gesenkt wird, wobei die 5 kW insbesondere während einer vorgegebenen Zeitdauer nahezu konstant sind. Die Brennstoffzelleneinheit wird dementsprechend während dieser Zeitphase im stationären Zustand betrieben, um eine vorteilhafte Diagnose gemäß der Erfindung durchführen zu können.
  • In 5c sind mehrere Kennlinienfelder dargestellt, die den Zeitabschnitten, insbesondere den Zeitabschnitten I und II zuzuordnen sind. In den Kennlinienfeldern ist sowohl eine Stromspannungskennlinie BZ der Brennstoffzelleneinheit bzw. des Brennstoffzellenstacks und eine Stromspannungskennlinie Bat eines Speichers bzw. einer Batterie bzw. Akkumulators schematisch dargestellt. Die in den Kennlinien dargestellten Punkte symbolisieren den jeweiligen Arbeitspunkt bzw. die Pfeile verdeutlichen die Arbeitspunktverschiebung von einem zum anderen Arbeitspunkt längs der entsprechenden Kennlinie. Beispielsweise zeigt das erste Kennlinienfeld gemäß 5c den Arbeitspunkt der Polarisationskennlinie des Stacks PBZ und den Arbeitspunkt der Leistung des elektrischen Antriebsmotors PM im Zeitabschnitt vor dem Zeitabschnitt I. Das zweite Kennlinienfeld gemäß 5c zeigt die Arbeitspunktverschiebung längs der Pfeile für den Zeitabschnitt I, so dass ein neuer Arbeitspunkt der Brennstoffzelle mit verringerter, insbesondere konstanter elektrischer Leistung PBZ verwirklicht wird.
  • Entsprechend wird im dritten Kennlinienfeld gemäß 5c der Arbeitspunkt der Brennstoffzelleneinheit nach oben verschoben. Hierbei erzeugt die Brennstoffzelleneinheit eine Leistung PBZ, insbesondere über eine gewisse Zeitdauer konstante Leistung PBZ von etwa 15 kW innerhalb des Zeitabschnitts II.
  • Das vierte Kennlinienfeld gemäß 5c zeigt die Arbeitspunktverschiebung in den Ausgangszustand vor der Diagnosephase bzw. vor dem Zeitpunkt DA, so dass die Diagnosephase beendet wird.
  • 5d verdeutlicht, dass bei dem in 5 aufgeführten Beispiel der Antriebsmotor eine konstante elektrische Leistung PM von etwa 10 kW haben soll. Es wird ausdrücklich hierzu betont, dass dies beispielsweise bei einem Antriebsmotor eines Fahrzeugs ein zumindest über einen längeren Zeitraum betrachtet, eher seltener Zustand ist. Dieser Spezialfall wurde jedoch zur Vereinfachung der Veranschaulichung der Erfindung gewählt.
  • 5e zeigt den Verlauf der elektrischen Leistung PBat des Speichers bzw. der Batterie bzw. Akkus. Hierbei wird deutlich, dass zur Gewährleistung der 10 kW der vom Antriebsmotor angeforderten elektrischen Leistung PM im Zeitabschnitt I der Speicher 5 kW beisteuert und während dem Zeitabschnitt II der Speicher 5 kW aufnehmen bzw. zwischenspeichern kann.
  • In 6 ist schematisch ein Blockschaltbild einer Bohrnetzstruktur mit einem Brennstoffzellenfahrantrieb gemäß der Erfindung dargestellt. Ein Brennstoffzellenstack 100 mit einer Brennstoffzellenperipherie 101 ist einerseits über einen DC/AC-Wandler 102 mit einem elektrischen Antriebsmotor 103 verbunden. Der Elektromotor 103 ist zum Antreiben von Antriebsrädern 105 mittels einem Getriebe 104 vorgesehen.
  • Darüber hinaus ist die Brennstoffzelle 100 mittels eines DC/DC-Wandlers 106 mit einem Traktionsspeicher 107 elektrisch verbunden.
  • Weiterhin ist ein weiterer DC/DC-Wandler 108 vorgesehen, der insbesondere mit einer 12V-Batterie 109 bzw. Fahrzeugbatterie 109 sowie Niedervoltverbraucher, insbesondere mit einer Spannung von etwa 14 V, elektrisch verbunden ist.
  • Zusätzlich können z.B. weitere DC/AC-Wandler 111 bzw. 112 für Hochspannungsverbraucher optional vorgesehen werden.
  • In 6 ist weiterhin eine Kontrolleinheit 117 gemäß der Erfindung vorgesehen, die insbesondere ein FCU- bzw. APU-Control sowie ein ECU- bzw. EEM in vorteilhafter Weise umfasst und vorteilhafterweise mit unterschiedlichsten Komponenten zu deren Kontrolle, insbesondere Steuerung bzw. Regelung, verbunden ist. In 6 sind insbesondere vorteilhafte Sensoren sowie weitere Details aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
  • Mit Hilfe der Erfindung kann zur Aufnahme einer auswertbaren U/I-Kennlinie insbesondere im mobilen Einsatz der Brennstoffzelle 100 als Antrieb oder als sogenannte APU ein möglichst großer Lastbereich untersucht werden. Vorteilhafterweise werden zahlreiche, unterschiedlichste bzw. mögliche Stromdichten der Brennstoffzelle 100 stationär gefahren. Dies ist im Allgemeinen im Fahrbetrieb nicht immer möglich, weil das Lastverhalten von der Fahrweise des Fahrers abhängt. Beispielsweise wird ein etwas "nervöser" Fahrer nicht allzu lange in einem bestimmten Lastbereich verharren, so dass eine stationäre Aufnahme des U/I-Verhaltens vergleichsweise schwer bzw. unvollständig möglich ist. Bei Brennstoffzellenanlagen in Fahrzeuganwendungen gemäß dem Stand der Technik wird der unterste Lastbereich in der Regel relativ schnell durchlaufen, so dass hier kaum stationäre Zustände zu erwarten sind, die jedoch zu einer reproduzierbaren Messung der Polarisationskennlinie für bestimmte Erkenntnisse bzw. Diagnosen benötigt werden.
  • Gemäß der Erfindung ergeben sich jedoch insbesondere bei Brennstoffsystemen mit Traktionsspeichern bzw. Akkus 107 zur Ergänzung bzw. Pufferung des Primärenergielieferanten 100 bzw. des Brennstoffzellenstacks 100 völlig neue Möglichkeiten.
  • Beispielsweise kann bei relativ unstetiger Vorgabe der elektrischen Last 103 bzw. 110 durch den elektrischen Speicher 107 bzw. 109 der dynamisch geforderte Anteil an elektrischer Energie dem elektrischen Antriebsmotor 103 oder bei APU-Systemen den allgemeinen elektrischen Verbrauchern zugeführt werden, während die Brennstoffzelle 100 selbst in einem stationären Betriebspunkt über einer bestimmten Zeitdauer, insbesondere im Zeitabschnitt I oder II, betrieben werden kann. Die Lastverteilung wird hierbei über eine Regelung im Energiemanagement 113 in einen Gleich- und einen Wechselanteil aufgeteilt und ein Beitrag zum Gleichanteil dem Brennstoffzellensystem 100 vorgegeben. Die Lastverteilung ist durch die Kapazität des Traktionsspeichers 107 bzw. Speichers 109 und seiner Leistungsfähigkeit dauerhaft oder auch nur zeitlich begrenzt.
  • Vorteil hierbei ist im Wesentlichen, dass der Fahrer keinerlei Änderungen des Antriebsmoments spürt. Es ist sogar möglich, den Brennstoffzellenstack 100 kurzzeitig solange absichtlich mit einem schlechten Wirkungsgrad zu betreiben, insbesondere durch Druck und/oder Lambdavariationen, um auch mit dieser Parametervorgabe das U/I-Verhaltens des Stacks 100 diagnostizieren zu können. Diese Arbeitspunktverschiebung ermöglicht insbesondere ein Anfahren von unterschiedlichen Stromdichten im Stack bzw. in der Brennstoffzelleneinheit 100, während des Fahrbetriebs und ohne dass der Fahrer einen unerwünschten Momentensprung oder dergleichen mitbekommt.
  • Darüber hinaus kann zur Lastpunktverschiebung des Stacks 100 auch eine Variation der Ansteuerung des Elektromotors 103 erreicht werden, wodurch der Wirkungsgrad des Elektroantriebs 103 verändert wird. Beispielsweise bei einer permanentmagnetisch erregten Synchronmaschine kann über Feldschwächung vorzugsweise in Kombination mit einer Änderung des Tastverhältnisses der Leistungselektronik der Arbeitspunkt des Elektroantriebs 103 derart verschlechtert werden, dass momentneutral mehr Strom aufgenommen wird. Es wird hierbei der Wirkungsgrad effektiv verringert.

Claims (14)

  1. Brennstoffzellenanlage mit einer Brennstoffzelleneinheit (100) zur Erzeugung elektrischer Energie, mit einem elektrischen Speicher (107, 109) zur Speicherung oder Abgabe elektrischer Energie und mit einem elektrischen Verbraucher (103, 110, 101) zum Verbrauchen elektrischer Energie, insbesondere mit einem als Verbraucher ausgebildeten elektrischen Antriebsmotor (103) zum Antreiben eines Fahrzeugs, wobei eine Diagnoseeinheit (113) zum Ermitteln der Funktionsfähigkeit wenigstens der Brennstoffzelleneinheit (100) während einer Diagnosephase vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontrolleinheit (113) zum Festlegen der zumindest während der Diagnosephase von der Brennstoffzelleneinheit (100) erzeugten elektrischen Leistung (PBZ) vorgesehen ist.
  2. Brennstoffzellenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während einem Zeitabschnitt (I, II) der Diagnosephase die von der Brennstoffzelleneinheit (100) erzeugte elektrische Leistung (PBZ) im Wesentlichen konstant ist.
  3. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Diagnosephase die von der Brennstoffzelleneinheit (100) erzeugte elektrische Leistung (PBZ) wenigstens sowohl in einem oberen Bereich als auch in einem unteren Bereich der erzeugbaren Leistung (PBZ) ist.
  4. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Bereich das oberste Drittel und der untere Bereich das unterste Drittel der erzeugbaren Leistung (PBZ) ist.
  5. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Bereich ein erster Zeitabschnitt (II) mit konstanter, erzeugter Leistung (PBZ) und im unteren Bereich ein zweiter Zeitabschnitt (I) mit konstanter, erzeugter Leistung (PBZ) vorgesehen ist.
  6. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (113) zum Verändern wenigstens des Wirkungsgrades des elektrischen Verbrauchers (103, 110, 101) ausgebildet ist.
  7. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (113) zum Verändern wenigstens des Wirkungsgrades der Brennstoffzelleneinheit (100) ausgebildet ist.
  8. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Erfassungseinheit (113) zur Erfassung wenigstens eines Ist-Wertes eines ersten Parameters der Brennstoffzelleneinheit (100) zu einem ersten Zeitpunkt T1 vorgesehen ist.
  9. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (113) zur Prüfung wenigstens eines vom ersten Ist-Wert des ersten Parameters abhängigen Soll-Wertes eines zweiten Parameters zu einem zweiten, um eine Zeitdifferenz ΔT späteren Zeitpunkt T2 (T2 = T1 + ΔT) ausgebildet ist.
  10. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (113) zum Ändern wenigstens eines Ist-Wertes eines dritten Parameters in Abhängigkeit des Soll-Wertes des zweiten Parameters ausgebildet ist.
  11. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Parameter wenigstens ein Modellparameter eines mathematischen Modells der Brennstoffzelleneinheit (100) ist.
  12. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (113) zur Prüfung des Soll-Wertes des zweiten Parameters in Abhängigkeit eines vierten Parameters ausgebildet ist.
  13. Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Zeitdifferenz ΔT wenigstens eine potentielle Änderung des vierten Parameters vorgesehen ist.
  14. Fahrzeug mit einem Antriebsmotor (103) und einer Brennstoffzellenanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008034453A1 (de) * 2006-09-20 2008-03-27 Daimler Ag Adaptive steuerungs- und regelvorrichtung für ein brennstoffzellensystem und verfahren hierzu
WO2008145471A2 (de) * 2007-05-25 2008-12-04 Robert Bosch Gmbh Gestufte abschaltung eines brennstoffzellenbasierten antriebssystems
EP2367257A2 (de) 2010-03-19 2011-09-21 EnyMotion GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Laden eines Akkumulators in einem Hybridsystem aus Brennstoffzelle und Akkumulatoren
DE102010038602A1 (de) 2010-07-29 2012-02-02 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Brennstoffzellenanlage
DE102006051740B4 (de) * 2006-11-02 2012-03-08 Enerday Gmbh Verfahren zum Regenerieren eines Reformers und Klimaanlage
DE102011118689A1 (de) 2011-11-16 2013-05-16 Daimler Ag Verfahren zur Fehlerdiagnose in einem Brennstoffzellensystem
DE102015116952A1 (de) * 2015-10-06 2017-04-06 Volkswagen Ag Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs sowie Steuereinrichtung und Brennstoffzellen-Fahrzeug
DE102020112916A1 (de) 2020-05-13 2021-11-18 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung, Brennstoffzellenvorrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer solchen
DE102020208509A1 (de) 2020-07-07 2022-01-13 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren und Vorrichtung zur Plausibilisierung eines gemessenen Luftmassenstroms in einem Kathodenpfad eines Brennstoffzellensystems
US11444300B2 (en) * 2014-09-05 2022-09-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for the predictive operation of a fuel cell or a high-voltage accumulator
DE102022206797A1 (de) 2022-07-04 2024-01-04 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Ermittlung zumindest einer Zellenkenngröße eines Zellensystems, ein Zellensystem und ein Computerprogramm

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008034453A1 (de) * 2006-09-20 2008-03-27 Daimler Ag Adaptive steuerungs- und regelvorrichtung für ein brennstoffzellensystem und verfahren hierzu
DE102006051740B4 (de) * 2006-11-02 2012-03-08 Enerday Gmbh Verfahren zum Regenerieren eines Reformers und Klimaanlage
WO2008145471A2 (de) * 2007-05-25 2008-12-04 Robert Bosch Gmbh Gestufte abschaltung eines brennstoffzellenbasierten antriebssystems
WO2008145471A3 (de) * 2007-05-25 2009-03-12 Bosch Gmbh Robert Gestufte abschaltung eines brennstoffzellenbasierten antriebssystems
EP2367257A2 (de) 2010-03-19 2011-09-21 EnyMotion GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Laden eines Akkumulators in einem Hybridsystem aus Brennstoffzelle und Akkumulatoren
DE102010012089A1 (de) 2010-03-19 2011-09-22 Enymotion Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Laden eines Akkumulators in einem Hybridsystem aus Brennstoffzelle und Akkumulatoren
DE102010038602A1 (de) 2010-07-29 2012-02-02 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Brennstoffzellenanlage
DE102010038602B4 (de) * 2010-07-29 2016-04-07 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Brennstoffzellenanlage, Fahrzeug mit einer Brennstoffzellenanlage und Verfahren zur Detektion von Degradationsmechanismen
DE102011118689A1 (de) 2011-11-16 2013-05-16 Daimler Ag Verfahren zur Fehlerdiagnose in einem Brennstoffzellensystem
US11444300B2 (en) * 2014-09-05 2022-09-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for the predictive operation of a fuel cell or a high-voltage accumulator
DE102015116952A1 (de) * 2015-10-06 2017-04-06 Volkswagen Ag Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs sowie Steuereinrichtung und Brennstoffzellen-Fahrzeug
DE102020112916A1 (de) 2020-05-13 2021-11-18 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung, Brennstoffzellenvorrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer solchen
DE102020208509A1 (de) 2020-07-07 2022-01-13 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren und Vorrichtung zur Plausibilisierung eines gemessenen Luftmassenstroms in einem Kathodenpfad eines Brennstoffzellensystems
DE102022206797A1 (de) 2022-07-04 2024-01-04 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Ermittlung zumindest einer Zellenkenngröße eines Zellensystems, ein Zellensystem und ein Computerprogramm

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