CN112930612B - 操作装置、燃料电池系统、机动车和用于操作燃料电池系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作燃料电池(2)的操作装置(1)，其具有用于监测燃料电池(2)的电池电压的电压监测模块(3)和用于控制燃料电池(2)工作的控制模块(4)。操作装置(1)具有用于存储信号反应矩阵的存储器模块(5)和用于将燃料电池(2)的工作模式和所监测的电池电压与信号反应矩阵相比较的比较模块(6)，用以从信号反应矩阵中确定用于改善燃料电池(2)工作状态的至少一个专门对策。控制模块(4)具有反应机构，用于基于至少一个所确定的专门对策来达成对燃料电池(2)工作的控制干预。本发明还涉及一种用于提供电能的燃料电池系统(10)、一种机动车(11)以及一种用于操作本发明燃料电池系统(10)的方法。

Description

操作装置、燃料电池系统、机动车和用于操作燃料电池系统的 方法
技术领域
本发明涉及一种用于操作燃料电池的操作装置，其具有用于监测燃料电池的电池电压的电压监测模块和用于监控燃料电池工作的监控模块。本发明还涉及一种具有本发明的操作装置的用于提供电能的燃料电池系统、一种具有本发明的燃料电池系统的机动车以及一种用于操作本发明燃料电池系统的方法。
背景技术
燃料电池系统的许多不同实施方式在现有技术中是已知的。燃料电池系统通常具有用于测量燃料电池工作参数如电压、电流、温度、湿度或压力的传感器。如果工作参数超出预设工作参数范围以致危及燃料电池运行可靠性，则大多必须关闭燃料电池或至少将其调低。
燃料电池的重要工作参数是燃料电池堆的单电池电压的特性。为了在一段时间内都监测电池电压，燃料电池系统通常具有监测模块。如果电池电压在燃料电池的工作模式中、即例如在启动、连续运行或关停时偏离预设电压范围，例如低于或高于电压极限值和/或就平均值而言表现得过高或过低，则存在对燃料电池不利的工作状态，该工作状态例如可能不利地影响到燃料电池的使用寿命、运行可靠性等。
JP 2017 152 134A涉及一种具有由多个燃料电池构成的燃料电池堆的燃料电池系统、一种用于确定在燃料电池系统启动时燃料电池堆中的残余氢气的残留物测定装置、一种用于确定单独燃料电池的电压的电池电压监测(CVM)单元、一种用于燃料电池堆通断电的主开关、一种用于确定电压是否在指定极限值内的确定单元以及一种用于根据所确定的电压来控制燃料电池堆的氢气供应的主开关控制单元。因此，借助CVM单元以及在考虑燃料电池系统工作状态的情况下根据燃料电池系统的电压监测来确定燃料电池系统的工作点。
US2018 026 286A1公开了一种燃料电池系统，其具有燃料供应装置、带有空气量测量装置的空气供应装置、用于测量燃料电池电压的电压测量装置和控制装置。该控制装置被设计用于在启动燃料电池时在第一时间间隔期间控制燃料供应装置向燃料电池供应。此外，该控制装置设计用于在经过第一时间间隔之后控制空气供应装置在第二时间间隔内给燃料电池供以空气。此外，该控制装置被设计用于确定在第二时间间隔内所供应的空气量并将其与空气极限量进行比较，以及当达到或超出空气极限量时用于将燃料电池输出电压与预设输出电压进行比较。最后，该控制装置被设计成：当低于预设输出电压时，确定燃料电池异常。
EP 3 038 199 A1公开了一种燃料电池系统，其具有燃料电池、用于测量燃料电池温度的温度传感器和用于促使燃料电池通过降低燃料电池温度来增大燃料电池内部相对湿度的控制装置。另外，燃料电池系统具有用于测量燃料电池阻抗的阻抗测量装置，其中，该控制装置被设计成：当测量阻抗达到或低于阻抗阈值时，根据测量阻抗进行水平衡的改变。
已知的燃料电池系统和用于操作燃料电池的方法的缺点在于，基本上仅进行燃料电池的“操作状态”(SOO)的确定。在超过或低于工作参数极限值的情况下大多须关停燃料电池。这尤其不利地影响到燃料电池可靠性，因为其在燃料电池关停状态下无法用于提供电能。
发明内容
因此，本发明的任务是至少部分考虑上述问题。本发明的任务尤其是提供一种用于操作燃料电池的操作装置、一种燃料电池系统、一种机动车以及一种用于操作燃料电池系统的方法，其能够以简单手段且以廉价方式改善燃料电池操作并且可以至少部分防止燃料电池的强制关停。
上述任务通过根据本发明的用于操作燃料电池的操作装置、根据本发明的用于提供电能的燃料电池系统、根据本发明的机动车以及根据本发明的用于操作燃料电池系统的方法来完成。本发明的其它优点来自说明书和附图。在此，关于本发明的操作装置所描述的特征和细节自然也适用于本发明的燃料电池系统、本发明的机动车和本发明的用于操作燃料电池系统的方法，反之亦然，因此关于对各个发明方面的公开内容总是或总是可以相互参照。
根据本发明的第一方面，该任务通过一种用于操作燃料电池的操作装置来完成。该操作装置具有用于监测燃料电池的电池电压的电压监测模块和用于监测燃料电池工作的控制模块。根据本发明，该操作装置具有用于存储信号反应矩阵的存储器模块和用于将燃料电池工作模式和所监测的电池电压与信号反应矩阵进行比较的比较模块，用以从信号反应矩阵中确定至少一个用于改善燃料电池工作状态的专门对策。该控制模块具有反应机构，用于基于所确定的至少一个专门对策来对燃料电池的工作采取控制干预。
该操作装置设计用于操作燃料电池。因此，燃料电池的工作参数如氢气质量流量、空气质量流量、空气加湿器旁路等可以借助该操作装置尤其借助该操作装置的控制模块的反应机构而被目的明确地加以影响或控制。该操作装置最好被设计用于控制和/或调节燃料电池。
反应机构尤其是用于减少电流、用于增大阳极质量流量和/或用于增大燃料电池的电池压力的机构，因此提供专门的对策。在本发明意义上，反应机构尤其是指可作为控制模块的一部分以电的方式执行或至少部分执行期望对策的电部件。在此，这些控制机构也可与在控制模块外部的其它电部件合作。
电压监测模块被设计用于监测燃料电池的电池电压。为此，电压监测模块优选具有用于在一段时间内确定燃料电池的电池电压的电压测量装置。因此，例如可借助电压监测模块来确定在所述时间段期间的燃料电池堆的平均电池电压和/或最小电池电压和/或最大电池电压。电压监测模块还被设计用于向比较模块提供由电压监测模块确定的电池电压、特别是平均电池电压和/或最小电池电压和/或最大电池电压。或者，电压监测模块可被设计用于确定电池电压并将其转发至比较模块，其中，该比较模块被设计用于从中求出或计算平均电池电压。尤其将最小电池电压、平均电池电压和/或最大电池电压之间的比率纳入考虑。也可以将当前工作状态本身和/或临界状态持续时间纳入考虑。
存储器模块被设计用于存储信号反应矩阵。信号反应矩阵最好事先被存储在存储器模块中。在此，信号反应矩阵可以全部或部分以固定而不可变的方式存储在尤其是存储器模块的不可逆的存储器部分中。为了执行本发明的比较，存储器模块和比较模块分别具有相应接口以执行比较。多个彼此不同的信号反应矩阵也可被存储在存储器模块中，其中，比较模块优选被设计用于选择要使用的信号反应矩阵，例如根据燃料电池运行历史、燃料电池损耗状态、燃料电池总运行时间、用户预设条件等。信号反应矩阵是如下矩阵，在此，针对燃料电池工作模式与电池电压、特别是平均电池电压和/或最大电池电压和/或最小电池电压的对应关系，确定了至少一个专门对策。换句话说，信号反应矩阵是如下的复杂数据结构，它不仅以结构化方式提供数据，还通过所述接口与存储器模块和比较模块合作。
最好如此确定专门对策，即，其适于改善燃料电池的相应工作状态。“改善工作状态”尤其是指如此影响电池电压，即，电池电压处在预设的电池电压范围内。由此，除了确保预设的电池电压外，还可以减小燃料电池损耗。
在本发明范围内，燃料电池可以连续地经过不同的工作模式。燃料电池系统的工作模式例如是燃料电池系统的启动、正常运行和关停。比较模块优选被设计用于确定、尤其是独立确定当前工作模式。
该控制模块被设计用于控制燃料电池工作。此外，该控制模块具有反应机构，用于基于至少一个所确定的专门对策来实施对燃料电池工作的控制干预。
该操作装置优选被设计用于自动操作该燃料电池，从而可以自动进行电池电压的监测、当前工作模式的确定、燃料电池工作的监控、适当的专门对策的识别和执行。因此，该操作装置被设计用于对电池电压变化连续做出反应以减小这些偏差。
比之常规操作装置，根据本发明的用于操作燃料电池的操作装置具有以下优点，即，可以基于所确定的电池电压和燃料电池当前工作模式以简单手段并通过低成本方式来识别具体的专门对策，借此能够有利地改变燃料电池的电池电压。因此，借助本发明的操作装置，可以实现对电池电压波动的快速反应，进而可确保燃料电池更长期或更耐用地运行。
根据本发明的一个优选改进方案而可以在该操作装置中规定，电压监测模块被设计用来确定关于所有单电池电压而言的平均电池电压以及用于确定在预设时间段期间的最大电池电压和/或最小电池电压。平均电池电压以及最大和最小电池电压是用于燃料电池工作状态的有利指标。依据这些指标可以评估燃料电池在当前工作模式下具有正常的或非临界的工作状态、尚可接受的工作状态还是临界工作状态。这有以下优点，即，该操作装置被设计成以简单的手段并以低成本方式基于所确定的电池电压和工作模式借助于信号响应矩阵来识别并执行特别合适的对策以改善工作状态。
优选的是，该信号反应矩阵具有多个工作模式，其中，每个工作模式对应于多个电池电压等级，并且其中，分别将至少一个用于改善燃料电池运行状态的专门对策分配给相应的电池电压等级。该工作模式优选包括燃料电池的启动和/或正常工作和/或关停。各电池电压等级优选包括一个或多个电池电压说明。电池电压说明例如是关于所有当前单电池电压而言的平均电池电压水平。因此，电池电压等级可以通过一个电池电压说明或多个电池电压说明的组合来限定。多个电池电压说明的组合例如可以具有电池电压说明的“和”或者“或”关联。因此，可基于所监测的电池电压和所确定的工作模式来确定信号反应矩阵的具体电池电压等级。分别将至少一个用于改善燃料电池工作状态的专门对策分配给相应的电池电压等级，从而针对某个电池电压等级确定一个或多个潜在专门对策。这样做的优点是通过简单手段并以低成本方式来改善适当的专门对策的识别。
特别优选地，各个电池电压等级分别具有以下电池电压说明中的至少一项：
-在预设时间段期间处于平均电池电压，
-在预设时间段期间处于最小电池电压，
-在预设时间段期间处于最大电池电压，
-在预设时间段期间超过预设电池电压最大值，
-在预设时间段期间低于预设电池电压最小值。
平均电池电压可以通过监测电池电压、尤其通过连续测量单电池电压并对其求平均来轻松确定。该电池电压说明可被进一步具体化，据此，平均电池电压例如对应于预设的电池电压平均值、高于预设的电池电压平均值或低于预设的电池电压平均值。在本发明范围内，电池电压说明“在预设时间段期间处于最小电池电压”是指在预设时间段期间低于所确定的电池电压下限值。因此，仅当在至少所述预设时间段期间持续低于下限值时才有意义。与此相应，在本发明范围内，电池电压说明“在预设时间段期间处于最大电池电压”是指在预设时间段期间超过所确定的电池电压上限值。因此，只有当在至少所述预设时间段期间持续高于上限值时才有意义。而针对“超过预设最大电池电压”和“低于预设最小电池电压”而言，当仅在瞬间存在该状态时就足以满足相应电池电压说明。因此，电池电压最大值大于上限值并且电池电压最小值小于下限值。借助这些电池电压说明，可结合燃料电池工作模式有利地限定尤其适于表征燃料电池工作状态的电池电压等级，从而在此基础上更好地识别合适的专门对策。
进一步优选地，该信号反应矩阵针对至少一个工作状态等级具有多个不同的专门对策。通过这种方式将考虑以下事实，即，各种不同的专门对策可能适于改善燃料电池工作状态。因此，当在预设时间段期间处于最小电池电压和在预设时间段期间所确定的平均电池电压高于预设的电池电压平均值时，例如可识别出一项能够提高电池电压的专门对策。这样做的优点在于可以通过简单手段并低成本方式来优化燃料电池工作状态。
在一工作状态等级内的彼此不同的专门对策最好在信号反应矩阵内被分级。基于所述分级，可以依次选择和执行所述专门对策。因此，如果工作状态等级在执行了最高层级的专门对策之后仍无法得到改善，则可以选择并执行下一层级的专门对策，以此类推。该操作装置因此被设计成对意外事件(例如作为一项专门措施的执行后果，电池电压增幅过小)作出相应反应，以便始终以适度方式改善燃料电池工作状态。
本发明可以规定，该信号反应矩阵具有至少一个下列措施来作为专门对策：
-增大燃料电池的电池压力，
-降低燃料电池的电池压力，
-提高燃料电池的电池温度，
-降低燃料电池的电池温度，
-增大燃料电池的电池空气湿度，
-降低燃料电池的电池空气湿度，
-增大燃料电池的阳极工作介质流量，
-减小燃料电池的阳极工作介质流量，
-减小燃料电池的阴极工作介质流量(阴极化学计量)，
-增大燃料电池的阴极工作介质流量(阴极化学计量)。
燃料电池的电池电压可以借助所述专门对策被直接影响。这些专门对策被分配给相应的电池电压等级，在此，一个电池电压等级可具有一个或多个专门对策。因此，通过该信号反应矩阵来确定可以在哪个电池电压等级下执行哪些专门对策，以改善燃料电池工作状态，如尤其在燃料电池启动时提高电池电压。
根据本发明的第二方面，该任务通过一种用于提供电能的燃料电池系统来完成。燃料电池系统具有燃料电池和根据本发明的用于操作燃料电池的操作装置。燃料电池优选根据常规燃料电池来构成，其具有隔膜、阳极、阴极、燃料供应机构、氧气供应机构和排水机构。燃料电池系统优选具有多个燃料电池，其中，一操作装置最好被设计和设立用于操作多个燃料电池。此外可以规定，燃料电池系统具有多个根据本发明的操作装置，每个操作装置被设计和设立用于操作一个或多个燃料电池。
因此，本发明的燃料电池系统具有与已参照本发明的操作装置所详述的相同的优点。因此，本发明的燃料电池系统相比于常规燃料电池系统具有以下优点，即，可以基于所确定的电池电压和单独燃料电池的当前工作模式以简单手段并以低成本方式确定具体的专门对策，借助所述专门对策能够有利改变燃料电池的电池电压。因此，借助根据本发明的燃料电池系统，可以实现对电池电压波动的快速反应，进而可以确保这些燃料电池的更长期或更耐用的运行。
根据本发明的第三方面，该任务通过一种机动车完成，其具有根据本发明的用于提供电能的燃料电池系统和至少一个用于至少部分利用燃料电池系统所提供的电能来驱动机动车的电动机。机动车优选具有至少一个用于存储或暂存由燃料电池系统提供的电能的蓄电池。
因此，本发明的机动车具有与已参照本发明的操作装置和本发明的燃料电池系统所详述的相同的优点。因此，本发明的机动车相比于常规机动车辆具有以下优点，即，可以基于所确定的电池电压和各个燃料电池的当前工作模式而以简单手段并以低成本方式识别具体的专门对策，借助该专门对策能够有利地改变燃料电池的电池电压。因此，借助本发明的机动车，可以实现对电池电压波动的快速反应，进而可以确保这些燃料电池的更长期或更耐用的运行。
根据本发明的第四方面，该任务通过一种用于操作本发明燃料电池系统的方法来完成。该方法包括以下步骤：
-借助该操作装置的电压监测模块来确定燃料电池或燃料电池堆的电池电压的当前特性、尤其在预设时间段期间，
-借助该操作装置的控制模块来确定燃料电池的工作模式，
-借助于比较模块将所确定的电池电压和所确定的工作模式与存储在存储器模块中的信号反应矩阵相比较，以识别用于改善燃料电池工作状态的专门对策，和
-借助于控制模块基于所识别的专门对策来产生对燃料电池工作的控制干预。
燃料电池的电池电压的确定是借助电压监测模块进行的。为此，电压监测模块优选具有用于测量电池电压的电压测量模块。电池电压的确定优选是连续地或断续地进行的，尤其定期地、最好是按照高频的时间间隔进行。在此情况下，例如可以确定尤其在预设时间段期间的平均当前电池电压。
此外，借助该控制模块确定燃料电池工作模式。工作模式例如可以是燃料电池启动、正常工作、关停等。
所述比较模块将所确定的电池电压和所确定的工作模式与存储在存储器模块中的信号反应矩阵进行比较，以便通过这种方式识别至少一个用于改善燃料电池工作状态的专门对策。在这种情况下，例如首先依据所确定的电池电压来识别具体的电池电压等级。电池电压等级在信号反应矩阵中被列明。此外，每个电池电压等级配属有一个或多个专门对策。本发明可以规定，一项专门对策规定了不干预燃料电池工作。该专门对策例如被分配给如下的电池电压等级，其代表燃料电池按规定正常运行而电池电压没有显著偏差。因此，通过鉴别出具体的电池电压等级，借助于信号反应矩阵也识别至少一个专门对策。
基于所识别的专门对策，借助于控制模块且特别是借助于控制模块的反应机构来产生对燃料电池工作的控制干预。因此执行所述专门对策。在已成功执行专门对策的情况下如此改变电池电压，即，电池电压值与在执行本发明方法之前相比至少更接近“目标”电池电压值。因此，通过尤其以有所改动的、最好削弱的专门对策来反复执行本发明的方法，可以连续改善燃料电池的运行。
因此，本发明的方法带来了与已参照本发明操作装置所详述的一样的优点。因此，本发明方法与常规方法相比具有以下优点，即，基于所确定的电池电压和单独燃料电池的当前工作模式，以简单手段并以低成本方式识别并执行具体的专门对策，以便因此有利地改变燃料电池的电池电压。因此，借助本发明的方法，确保了对电池电压波动的快速反应，进而确保了这些燃料电池的更长期或更耐用的运行。
优选的是，在将所确定的电池电压与信号反应矩阵进行比较时，基于以下电池电压说明中的至少一项来选择在信号反应矩阵中限定的电池电压等级：
-在预设时间段期间所确定的平均电池电压，
-在预设时间段期间所确定的最大电池电压，
-在预设时间段期间所确定的最小电池电压，
-超过预设的最大电池电压值，
-低于预设的最小电池电压值，
其中，识别出在该信号反应矩阵中被分配给同一电池电压等级的专门对策。该信号反应矩阵具有多个电池电压等级，它们分别配属有一个或多个专门对策。借助这样的电池电压声明，可以识别特别精确地表征燃料电池工作状态的电池电压等级。因此，与所确定的工作模式配合地，以简单手段和低成本方式来保证可靠识别适于改善燃料电池工作状态的专门对策。
根据本发明的一个有利改进方案，在另一个预设时间段期间反复确定燃料电池的电池电压和再次确定更新后的工作模式，其中，基于所反复确定的电池电压，在工作模式不变情况下进行电池电压等级的反复确定，其中，在电池电压等级改变的情况下，从信号反应矩阵中识别出更新后的专门对策，并且其中借助于控制模块并依据所识别的更新后的专门对策来控制燃料电池。因此，该方法优选在燃料电池工作期间连续进行。根据工作状态对最初执行的专门对策的反应程度可以确定该对策的实际强度是否适于充分改善工作状态。如果发现反应程度太弱，即无法达到预设的最低程度改善，则例如可以增大专门对策的强度，以便因此造成燃料电池工作状态被更显著改善。或者可以识别并实施其它专门对策、尤其基于同一电池电压等级。这样做的优点是监测所述对策的效果，并且如果工作状态未被充分改善则执行改动后的该对策。
所述专门对策最好具有以下措施中的一项或多项：
-增大燃料电池的电池压力，
-降低燃料电池的电池压力，
-提高燃料电池的电池温度，
-降低燃料电池的电池温度，
-增大燃料电池的电池空气湿度，
-降低燃料电池的电池空气湿度，
-减小燃料电池的阳极工作介质流量，
-增大燃料电池的阳极工作介质流量，
-减小燃料电池的阴极工作介质流量(阴极化学计量)，
-增加燃料电池的阴极工作介质流量(阴极化学计量)。
通过这些专门对策，可以直接影响燃料电池的电池电压。这些专门对策被分配给相应的电池电压等级，其中，一个电池电压等级可具有一个或多个专门对策。因此，通过信号反应矩阵来确定在哪种电池电压等级下执行哪些专门对策以改善燃料电池工作状态，例如尤其在燃料电池启动时减小最小电池电压和平均电池电压之间的偏差。
附图说明
改进本发明的其它措施来自以下对如图示意性所示的本发明各不同实施例的说明，分别示意性示出了：
图1示出本发明燃料电池系统的一个优选实施方式，
图2示出本发明机动车的一个优选实施方式的侧视图，
图3示出用于工作模式“启动”的优选信号反应矩阵，
图4示出用于工作模式“全运行”的优选信号反应矩阵，
图5示出用于工作模式“关闭”的优选信号反应矩阵，
图6以流程图示出本发明方法的一个优选实施方式。
在图1-6中，具有相同功能和工作方式的零部件分别带有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示意性示出根据本发明的燃料电池系统10的一个优选实施方式。燃料电池系统10具有用于产生电流的燃料电池2以及用于使燃料电池2工作的操作装置1。操作装置1具有用于监测燃料电池2的电池电压的电压监测模块3、用于控制燃料电池2的工作并确定燃料电池2的工作模式的控制模块4、用于存储信号反应矩阵的存储器模块5和用于将燃料电池2的工作模式和所监测的电池电压与信号反应矩阵进行比较以确定至少一个用于改善燃料电池2工作状态的专门对策的比较模块6。还可以设有其它的传感器和模块例如温度传感器、压力传感器、湿度传感器、除湿模块等。
图2以侧视图示意性示出本发明的机动车辆11的一个优选实施方式。机动车11具有被设计用于驱动机动车11的电动机12。此外，机动车11具有根据本发明的用于提供电能的燃料电池系统10。
图3至图5示出用于工作模式“启动”(启动运行)、“全运行”(正常工作)和“关闭”(关停)的优选信号反应矩阵。针对每个工作模式，该信号反应矩阵都具有多个电池电压等级，它们在称为“范围”的列中被列明。
以下，举例详述信号反应矩阵。图3的信号反应矩阵涉及燃料电池2的启动。在最小电压0.3V持续至少5秒且平均电压小于0.8V的情况下，选择“范围”一列居中的电池电压等级。在所选电池电压等级的行中列明了可执行以改善燃料电池工作状况的专门对策。因此，由信号反应矩阵例如指定了电流减小、阳极质量流量增大和燃料电池的电池压力增大来作为专门对策。
图4的信号反应矩阵涉及燃料电池2的正常运行。在最大电池电压超过0.85V的情况下，选择“范围”一列中用“Ucell最大值超过0.85V”标示的电池电压等级。在所选电池电压等级的行中列明了可执行以改善燃料电池工作状况的专门对策。因此，作为专门对策，由信号反应矩阵例如预先规定了燃料电池电流增大。
图5的信号反应矩阵涉及燃料电池2的关停。在高于0.85V的高电压下选择从下面数排第二的电池电压等级。作为可执行以改善燃料电池工作状态的专门对策，该行包含阴极质量流量减小和电流减小。在0.3V的最小电池电压持续5秒且平均电池电压小于0.8V的情况下，选择从上方数排第二的电池电压等级。对应的专门对策例如是电流减小、阳极质量流量增大或阴极质量流量增大。
图6以流程图示出本发明方法的一个优选实施方式。在第一方法步骤100中，操作装置1的电压监测模块3确定在预设时间段期间的燃料电池2的电池电压。在第二方法步骤200中，操作装置1的控制模块4确定燃料模块2的工作模式。在第三方法步骤300中，操作装置1的比较模块6将所确定的电池电压和所确定的工作模式与存储在存储器模块5中的信号反应矩阵进行比较。通过此方式，比较模块6识别出用于改善燃料电池2工作状态的专门对策。在第四方法步骤400中，控制模块4基于所识别的专门对策产生对燃料电池2工作的控制干预。这意味着，执行所识别的对策以改善工作状态。
除了所示实施例之外，本发明还允许其它设计原理。即，本发明不应被视为局限于关于附图所描述的实施例。
附图标记列表
1操作装置
2燃料电池
3电压监测模块
4控制模块
5存储器模块
6比较模块
10燃料电池系统
11机动车
12电动机
100 第一方法步骤
200 第二方法步骤
300 第三方法步骤
400 第四方法步骤

Claims (14)

1.一种用于操作燃料电池(2)的操作装置(1)，具有用于监测该燃料电池(2)的电池电压的电压监测模块(3)和用于控制该燃料电池(2)工作的控制模块(4)，其特征是，该操作装置(1)具有用于存储信号反应矩阵的存储器模块(5)以及用于将该燃料电池(2)的工作模式和所监测的电池电压与该信号反应矩阵相比较的比较模块(6)，用以从该信号反应矩阵中确定用于改善该燃料电池(2)工作状态的至少一个专门对策，其中，该控制模块(4)具有反应机构，用于基于至少一个所确定的专门对策来达成对该燃料电池(2)工作的控制干预；
其中，所述信号反应矩阵具有多个工作模式，其中，每个操作模式对应于多个电池电压等级，并且其中，分别给这些电池电压等级分配有至少一个用于改善该燃料电池(2)工作状态的专门对策。
2.根据权利要求1所述的操作装置(1)，其特征在于，所述电压监测模块(3)被设计用于确定在预设时间段期间的平均电池电压以及确定在该预设时间段期间的最大电池电压和/或最小电池电压。
3.根据权利要求1所述的操作装置(1)，其特征在于，各个电池电压等级分别具有以下电池电压说明中的至少一个：
-在预设时间段期间的平均电池电压，
-在预设时间段期间的最小电池电压，
-在该预设时间段期间的最大电池电压，
-在该预设时间段期间超过预设的电池电压极大值，
-在该预设时间段期间低于预设的电池电压极小值。
4.根据权利要求1所述的操作装置(1)，其特征在于，所述信号反应矩阵针对至少一个电池电压等级具有多个彼此不同的专门对策。
5.根据权利要求4所述的操作装置(1)，其特征在于，在一电池电压等级内的彼此不同的专门对策在所述信号反应矩阵中被分级。
6.根据权利要求1所述的操作装置(1)，其特征在于，所述信号反应矩阵具有以下措施中的至少一项作为专门对策：
-增大该燃料电池(2)的电池压力，
-降低该燃料电池(2)的电池压力，
-提高该燃料电池(2)的电池温度，
-降低该燃料电池(2)的电池温度，
-增大该燃料电池(2)的电池空气湿度，
-降低该燃料电池(2)的电池空气湿度，
-增大该燃料电池(2)的阳极工作介质流量，
-减小该燃料电池(2)的阳极工作介质流量，
-减小该燃料电池(2)的阴极工作介质流量，
-增大该燃料电池(2)的阴极工作介质流量。
7.一种用于提供电能的燃料电池系统(10)，包括燃料电池(2)和用于操作该燃料电池(2)的操作装置(1)，其特征在于，所述操作装置(1)根据权利要求1至6之一来构成。
8.一种机动车(11)，具有根据权利要求7所述的用于提供电能的燃料电池系统(10)以及至少一个用于在至少部分利用由该燃料电池系统(10)提供的电能情况下驱动该机动车(11)的电动机(12)。
9.一种用于操作根据权利要求7所述的燃料电池系统(10)的方法，包括以下步骤：
-借助该操作装置(1)的电压监测模块(3)来确定该燃料电池(2)的电池电压的当前特性，
-借助该操作装置(1)的控制模块(4)来确定该燃料电池(2)的工作模式，
-借助于该比较模块(6)，将所确定的电池电压和所确定的工作模式与存储在该存储器模块(5)中的信号反应矩阵相比较，用以识别用于改善该燃料电池(2)工作状态的专门对策，并且
-基于所识别的专门对策，借助该控制模块(4)产生对该燃料电池(2)工作的控制干预。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在将所确定的电池电压与该信号反应矩阵相比较时，基于以下电池电压说明的至少一个来选择在该信号反应矩阵中所限定的电池电压等级：
-在预设时间段期间所确定的平均电池电压，
-在预设时间段期间所确定的最大电池电压，
-在预设时间段期间所确定的最小电池电压，
-超过预设的最大电池电压值，
-低于预设的最小电池电压值，
其中，识别出在该信号反应矩阵中被分配给同一电池电压等级的专门对策。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，借助于该电压监测模块(3)来反复确定在另一个预设时间段期间的该燃料电池(2)的电池电压以及再次确定更新后的工作模式，其中，在工作模式不变的情况下基于反复确定的电池电压来反复确定电池电压等级，其中，在电池电压等级不变的情况下根据在该信号反应矩阵内预设的分级来识别至少另一项专门对策并依据电池电压等级的变化来连续执行。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在能够将该电池电压分配给预设的电池电压等级之前，根据分级来一直依次执行电池电压等级的所有专门对策。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，借助于所述电压监测模块(3)来反复确定在另一个预设时间段期间的该燃料电池(2)的电池电压以及再次确定更新后的工作模式，其中，在工作模式不变的情况下基于所反复确定的电池电压来反复确定电池电压等级，其中，在电池电压等级改变时从该信号反应矩阵中识别出更新后的专门对策，并且其中，借助于该控制模块(4)依据识别出的更新后专门对策来控制该燃料电池(2)。
14.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述专门对策包括以下措施中的一个或多个：
-增大该燃料电池(2)的电池压力，
-降低该燃料电池(2)的电池压力，
-提高该燃料电池(2)的电池温度，
-降低该燃料电池(2)的电池温度，
-增大该燃料电池(2)的电池空气湿度，
-降低该燃料电池(2)的电池空气湿度，
-减小该燃料电池(2)的阳极工作介质流量，
-增大该燃料电池(2)的阳极工作介质流量，
-减小该燃料电池(2)的阴极工作介质流量，
-增大该燃料电池(2)的阴极工作介质流量。
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