CN117693840A - 用于运行燃料电池系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在燃料电池系统(100)的启动的情况下、尤其是在所述燃料电池系统(100)的冷启动和/或冻结启动的情况下运行具有至少一个电堆(101)的燃料电池系统(100)的方法，以便将该电堆(101)中的入口处的冷却剂温度(TCoolIn)带到、尤其是调节到所期望的停滞温度(Ts)，该方法具有以下步骤：‑针对冷却剂泵(31)的不同转速(N)预测冷却剂(KM)的停滞温度(Ts)，‑匹配该冷却剂泵(31)的转速(N)，使得该停滞温度(Ts)位于期望值(Ts)以上。

Description

用于运行燃料电池系统的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在燃料电池系统的启动的情况下、尤其是在该燃料电池系统的冷启动的情况下运行具有至少一个电堆的燃料电池系统的方法，以便将该电堆中的入口处的冷却剂温度带到、尤其是调节到期望的停滞温度。本发明还涉及一种相应的控制单元和一种相应的计算机程序产品。

背景技术

燃料电池被视为未来的移动性概念，因为其仅排放水作为废气并且能够实现快速的补充燃料时间。大多情况下，将燃料电池堆叠成电堆。燃料电池系统可以具有至少一个或多个电堆。燃料电池需要空气和燃料、例如氢气用于化学反应。电堆的废热借助冷却剂回路排走并且在车辆散热器上向环境输出。

冷却剂在冷却剂回路中被再循环。借助冷却剂泵将冷却剂泵送通过电堆。三通阀导致车辆散热器部分地或完全地被绕开。这例如在启动阶段期间是重要的。

在燃料电池系统的启动的情况下(尤其是在0℃以下)，应尽可能快地预热电堆。快速的预热导致不发生积水甚至积冰，所述积水或积冰将使得难以进行或者说妨碍启动的继续。然而，在当冷却剂(至少在旁路回路中)安全地被预热超过了0℃时，结冰风险才被避免。由此，当冷却剂被泵送到电堆中时不导致冷冻条件。

在冷冻启动的情况下，冷却剂要么在电堆外部要么在电堆中通过电化学反应被加热。在这两种情况下，启动过程由此被延长。

发明内容

本发明设置为：具有独立权利要求特征的一种用于在燃料电池系统的启动的情况下、尤其是在该燃料电池系统的冷启动的情况下运行具有至少一个电堆的燃料电池系统的方法，以便将该电堆中的入口处的冷却剂温度带到、尤其是调节到所期望的停滞温度。此外，本发明还设置具有从属权利要求的特征的一种相应的控制单元和一种相应的计算机程序。在此，结合本发明的不同的实施方式和/或方面描述的特征和细节自然也结合其他实施例和/或方面适用，并且分别反之亦然，使得在各个实施方式和/或方面的公开方面始终是相互援引的或者可以相互援引。

根据第一方面，本发明设置为：一种在燃料电池系统的启动和/或冻结启动的情况下、尤其是在该燃料电池系统的冷启动的情况下运行具有至少一个电堆的燃料电池系统的方法，以便将该电堆中的入口处的冷却剂温度带到、尤其是调节到所期望的停滞温度。

该方法具有以下步骤：

-(借助于系统的确定的和/或基于模型的模型或通过系统的测量)针对冷却剂泵的不同转速或者说根据冷却剂泵的转速来预测冷却剂的停滞温度，

-匹配该冷却剂泵的转速，使得该停滞温度位于期望值以上。

根据本发明的方法的步骤能够以预给定的顺序或者以发生变化的顺序执行。根据本发明的方法的步骤可以同步地、至少部分地同时地和/或相继地进行。

本发明意义上的燃料电池系统优选用于移动应用，例如在车辆、尤其是燃料动力车辆中。本发明意义上的燃料电池系统可以用作车辆的主要能源供应装置。但与此同时也可考虑，本发明意义上的燃料电池系统用于车辆、例如混合动力车辆的次级驱动和/或辅助驱动。本发明意义上的燃料电池系统此外可以用于静态的应用，例如在发电机中。

本发明意义上的燃料电池系统在此可以具有一个或多个电堆，所述电堆分别具有多个堆叠的燃料电池和所属的功能系统，所述燃料电池系统包括：介质系统(空气系统或阴极系统、燃料系统或阳极系统、冷却系统)以及电气系统。在本发明的意义上，燃料电池系统优选可以包括多个模块，所述模块呈单个电堆的形式，所述电堆具有多个堆叠的燃料电池。

从本发明看出，在冷启动和/或冻结启动(系统温度和/或环境温度低于4℃、尤其是低于0℃)的情况下，发生电堆中的入口处的冷却剂温度的上升的减慢。电堆中的入口处的冷却剂温度短暂地恒定。这种效应可以称为冷却剂温度的停滞。在本发明的意义上，在电堆中的入口处的冷却剂温度保持不动的水平可以称为冷却剂的停滞温度。

电堆中的入口处的短暂恒定的冷却剂温度(即停滞温度)的出现的原因是冷却剂回路中的热振荡。起初，非常冷的冷却剂进入电池中，其通过反应的产热被强烈加热。同时，电堆可以在空气贫乏的情况下运行，以便尽可能高地实现产热。在此预期，在电池中的平面温度分布最初是不均匀的。一旦冷却剂在通过冷却剂回路的循环后被重新导入电池中，冷却剂与热源之间的温差就显著减少。此后，热流大多情况下在电池结构内部进行。然而希望冷却剂温度的尽可能持续的上升，以便尽可能快速地离开低于0℃或0℃附近的对于结冰而言关键的温度范围。

本发明力求达到，通过冷却剂泵的转速的预测的、匹配于环境温度的调节使冷的(低于0℃或0℃附近的)冷却剂的流入尽可能短暂地持续。由此能够明显缩短冷冻启动阶段，将结冰的风险最小化，并且减少电池的退化。

本发明提出，借助于冷却剂泵的转速的调节，将电堆中的入口处的冷却剂温度的停滞现象的发生推移到能可靠地排除进一步的结冰的温度水平。以这种方式能够能可靠地避免如下状态：在该状态下，冷却剂温度在电池入口处在更长时间内稳定在0℃以下或0℃左右的非期望温度中并且因此促进可能的结冰。

根据本发明的方法的另一优点，已经可以将冷却剂旁路回路的体积这样定尺寸，使得能够可靠地避免在燃料电池的冻结启动时的关键的稳定状态

借助于本发明可以实现以下优点：

-通过冷却剂系统中的调节电路，在冷冻启动时降低甚至消除结冰的风险。

-降低在电堆和系统中的用于冰缓冲措施的成本，提高冷冻启动的稳健性。

-冷却剂在电堆的出口处的几乎恒定的、暂时的加热速率。

-快速且高效的冷冻启动，因为不必减少热输入来防止电堆入口与电堆出口之间的过大的温差。

-提高电堆的使用寿命。

-有针对性地匹配系统设计，以避免出现问题。

此外，在该方法中可以设置，对于停滞温度的预测，执行以下准备步骤中的至少一个准备步骤：

-根据冷却剂泵的转速来求取冷却剂的循环时间，

其中，在求取冷却剂的循环时间时，尤其考虑冷却剂回路在绕过冷却器的情况下的体积和/或冷却剂的体积流量，

-根据冷却剂泵的转速来预测，首先被加热的冷却剂包(Kühlmittelpaket)在流动通过电堆后何时再次进入到该电堆中，和何时通过冷却剂达到停滞温度。

以这种方式能够预先计算被加热的冷却剂在流动通过电堆后何时再次进入到该电堆中，以及在电堆中的入口处的冷却剂温度何时停滞。因此能够求取直至在电堆中的入口处的冷却剂温度停滞的时间。一方面，在调节中可以将直至在电堆中的入口处的冷却剂温度停滞的时间用于，在调节技术上在停滞温度方面尽可能大程度地缩短该时间，其方式是，相应地匹配冷却剂泵的转速。另一方面，可以将直至在电堆中的入口处的冷却剂温度停滞的时间用于基于模型地求取、尤其是确定地计算通过电堆中的化学反应的向冷却剂中的热输入(即直至停滞的热输入)，用于停滞温度的预测。

此外可以在方法中设置，针对停滞温度的预测，考虑通过电堆中的化学反应的向冷却剂中的热输入。在此有利地可以考虑，向冷却剂中的热输入基本上进行直至在电堆中的入口处的冷却剂温度停滞的发生。热输入一方面可以基于模型地求取，而另一方面可以通过测量在向电堆中的入口处和/或在从电堆的出口处的冷却剂温度来确定。

一方面，可以通过测量电堆中的入口处的冷却剂温度和/或测量电堆的出口处的冷却剂温度来确定向冷却剂中的热输入。因此能够通过测量在向电堆中的入口处和/或在从电堆的出口处的冷却剂温度来确定热输入。

另一方面，可以通过在电堆中的入口处的冷却剂温度的建模和/或在电堆的出口处的冷却剂温度的建模来确定向冷却剂中的热输入。在冷却剂温度的建模时，可以考虑电流强度、电压和/或冷却剂回路的至少一种热特性，如热容量、密度等。以这种方式能够通过建模确定热输入。

此外，所述方法还可以具有至少一个另外的步骤：

-监测电堆中的入口处的冷却剂温度，

-当电堆中的入口处的冷却剂温度已达到期望的停滞温度时，则继续燃料电池系统的启动过程，

-当电堆中的入口处的冷却剂温度位于所期望的停滞温度以下时，则降低冷却剂泵的转速，和/或

-对于期望的停滞温度，当电堆中的入口处的冷却剂温度位于允许范围以上、尤其是0℃至10℃以上、优选2℃至8℃以上、优选4℃至7℃以上时，则提高冷却剂泵的转速。

以这种方式能够根据作为设定参量的冷却剂泵的转速提供冷却剂温度的调节，以便将电堆中的入口处的冷却剂温度带到、并且尤其是尽可能快地带到、尤其是设定到所期望的停滞温度。在此，冷却剂泵的转速用作设定参量。

此外，所述方法还可以具有至少一个另外的步骤：

-监测燃料电池系统的启动过程期间的热输入，

-当热输入在允许范围中、尤其是从0％至5％、优选从0％至2％、优选从0％至1％时，则继续启动过程，

-当热输入位于允许范围以上、尤其是超过1％、优选超过2％、优选超过5％时，则重复根据前述权利要求中任一项所述的方法。

以这种方式能够确保预测受到合理性检验并且在非期望的偏差的情况中被修正。

有利的是，当计划了燃料电池系统的启动并且系统温度和/或环境温度位于或预计位于允许范围以下、尤其是0℃以下、优选2℃以下、优选4℃以下时，则可以开始该方法。

根据本发明的一种尤其的优点，该方法可以用于设计燃料电池系统、尤其是在燃料电池系统中的冷却剂回路、例如冷却剂旁路回路的长度和/或热传导面、例如双极板和/或气体扩散层，

-使得该电堆中的入口处的冷却剂温度快速地和/或高效地达到所期望的停滞温度，和/或

-使得冷却剂在进入到电堆中的入口与电堆的出口之间的温差不超过允许的上限。

以这种方式能够将该方法用于，该系统由于其构型已设计为用于使冷却剂温度的停滞可靠地发生在安全的范围内，而不需要冷却剂温度的借助于冷却剂泵的转速作为设定参量的调节。

为进一步完善该方法，除冷却剂泵的转速外，该方法还可以具有至少一个另外的设定参量，以便将电堆中的入口处的冷却剂温度带到、尤其是调节到期望的停滞温度：

-电流强度，

-氧化剂的质量流量，和/或

-燃料的质量流量。

该方法进一步可以至少部分地通过燃料电池系统的控制单元执行。本发明的另一方面提供一种相应的控制单元。在该控制单元的存储单元中可以保存有呈代码形式的计算机程序，该计算机程序在通过控制单元的计算单元实施该代码时执行可以如上述那样运行的方法。借助于该控制单元可以实现上文中结合根据本发明的方法描述的相同的优点。在此全面地援引这些优点。

该控制单元可以与燃料电池系统的功能系统中的传感器通信，以便监测传感器值。

该控制单元可以控制燃料电池系统的功能系统中的执行器，以便相应地执行该方法。

此外，该控制单元可以与外部计算单元处于通信连接中，以便将若干方法步骤和/或计算全部地或部分地转移到外部计算单元。

根据另一方面，本发明提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括指令，该指令在通过计算机、例如该控制单元的计算单元实施该计算机程序产品时促使计算机执行可以如上述那样运行的方法。借助于该计算机程序产品可以实现上文中结合根据本发明的方法描述的相同的优点。在此全面地援引这些优点。

附图说明

以下将根据示图详细阐述本发明及其扩展方案以及其优点。分别示意性示出：

图1：本发明意义上的示例性的燃料电池系统，

图2：冷却剂和阴极空气在冷冻启动的情况下的典型的温度曲线，和

图3：本发明意义上的、该方法的示例性流程。

在不同的附图中，相同的部分始终以相同的附图标记来标识，因此通常也仅被描述一次。

具体实施方式

图1示出本发明的范畴内的示例性的燃料电池系统100。燃料电池系统100大多情况下包括多个燃料电池，这些燃料电池合并成燃料电池堆叠或者说电堆101。阴极路径K、阳极路径A和用于冷却剂的路径KM引导通过电堆101。此外，燃料电池系统100可以模块化地实现并且具有多个电堆101。

此外，燃料电池系统100包括至少四个功能系统10、20、30、40，包括：阴极系统10，以便借助氧化剂或阴极空气供给电堆101的阴极室或阴极路径K；阳极系统20，以便以燃料、例如氢气H2供给电堆101的阳极室或阳极路径A；冷却系统30，以便调节电堆101的温度；和电力系统40，以便从电堆101导出产生的电功率并且例如馈送给车辆F的车载电网。

因此，燃料电池系统100包括阴极系统10，阴极系统10具有至电堆101的供气管路11和从电堆101排出的排气管路12。大多情况下，在供气管路11的入口处布置有空气过滤器AF，以便过滤有害化学物质和颗粒或者说防止其进入到系统100中。

阴极系统10中的气体输送机V可以呈压缩机形式实现，以便从环境中吸入空气，并且呈供气L1形式提供给电堆101。在流动通过电堆101后，废气L2从系统100再排出到环境U中。

如图1所说明的那样，在压缩机之后在下游设置有至少一个供气冷却器IC并且必要时设置有未示出的加湿器。

可以在电堆101之前和之后设置截止阀AV1和AV2。此外，可以在排气管路12上设置阀门CVexh作为压力调节器。

可以在到电堆中的入口之前和在从电堆的出口之后设置温度传感器Sk1和Sk2。

在供气管路11与排气管路12之间可以设置具有旁路阀16的旁路管路13。旁路管路13有利地可以用于阴极系统10中的质量流量控制和/或用于稀释来自电堆101的(可能含有氢气的)废气。

阳极系统20具有多个组件。燃料箱21、截止阀22和至少一个减压阀24属于用于燃料供给的这些组件。可选地，可以在截止阀22之后在阳极系统20中设置热交换器23。

阳极系统20中的使阳极气体在阳极回路中再循环的另外的组件是喷射泵25和再循环风扇26。

此外，可以在阳极系统20中设置清洗阀PV和/或排水阀DV和/或组合的清洗/排水阀PDV。此外，可以在阳极系统20中设置水分离器WA和可选的水箱WB。

冷却剂系统30包括冷却剂回路，在该冷却剂回路中，借助于冷却剂泵31对冷却剂进行再循环。三通阀32可以通过旁路将冷却剂至少部分地或全部地经过车辆散热器33旁边引导。

为执行该方法，关断至车辆散热器33的三通阀32，使得冷却剂KM通过旁路并且从车辆散热器23旁边通过冷却剂旁路回路流动。

在图3中示出根据本发明的方法的示例性流程，该方法用于尤其是在燃料电池系统100的启动的情况下、优选在燃料电池系统100的冷启动和/或冻结启动的情况下运行具有至少一个电堆101的燃料电池系统100以便尽可能快速且高效地将电堆101中的入口处的冷却剂温度TCoolIn带到、尤其是调节到所期望的停滞温度Ts。

该方法具有以下步骤：

3)(借助于系统的确定的和/或基于模型的模型或通过系统的测量)针对冷却剂泵31的不同转速N或者说根据冷却剂泵31的转速N来预测冷却剂的停滞温度Ts，

4)匹配该冷却剂泵31的转速N，使得该停滞温度Ts位于期望值Ts以上。

以下借助于步骤1)、2)和3)阐述借助于系统100的确定的模型和/或基于模型的模型对冷却剂KM的停滞温度Ts的针对冷却剂泵31的不同转速N的预测。

通过系统100的测量对冷却剂KM的停滞温度Ts的针对冷却剂泵31的不同转速N的预测可以呈特性曲线场的形式被存储。

在预测停滞温度Ts时，可以考虑环境温度Tu。停滞温度Ts的预测尤其可以针对不同的环境温度Tu和冷却剂泵31的不同转速N来进行。

如图2借助于在环境温度T＝-20℃的情况下的冻结启动测量所示的那样，出现在电池入口处的冷却剂温度上升的减缓和/或停滞。在此，对于短时间、例如约20s地出现在电堆101中的入口处的恒定的冷却剂温度TCoolIn。这种效应可以称为电堆101中的入口处的冷却剂温度TCoolIn的停滞。冷却剂温度TCoolIn在电堆101中的入口处稳定的水平可以称为冷却剂KM的停滞温度Ts。

在电堆101中的入口处的冷却剂温度TCoolIn的停滞由于冷却剂包的通过冷却剂旁路回路的循环造成。起初，非常冷的冷却剂KM进入电堆101中。在电堆101中，冷却剂KM通过反应的产热被快速地加热。通常，在冷启动和/或冷冻启动的情况下，电堆101在空气贫乏的情况下运行，以便尽可能高地实现产热。起初，在电池中的平面温度分布最初是不均匀的。一旦冷却剂KM在通过冷却剂旁路回路的循环后被重新导入电堆101中，在电池中在冷却剂KM与热源之间的温差就显著减少。此后，热流大部分在电池结构内部进行。然而希望冷却剂温度的尽可能持续的上升，以便尽可能快速且高效地离开低于0℃或0℃附近的对于结冰而言关键的温度范围。

如图3所说明的那样，在本发明的范畴内，在调节冷却剂温度TcollIn时匹配冷却剂泵31的转速N作为设定参量，以便将电堆101中的入口处的冷却剂温度TCollIn的停滞现象的发生推移到能够可靠地排除结冰的温度水平。

借助于本发明，能够明显缩短冷冻启动阶段，将结冰的风险最小化，并且减少电堆101的退化。

如图3进一步示出的那样，为在步骤3)中预测停滞温度Ts，可以执行以下准备步骤中的至少一个准备步骤：

1)根据冷却剂泵31的转速N来求取冷却剂KM的循环时间t，

其中，在求取冷却剂KM的循环时间t时，尤其考虑冷却剂回路30在绕过冷却器33的情况下的体积和/或冷却剂KM的体积流量，

2)根据冷却剂泵31的转速N来预测，首先被加热的冷却剂包在流动通过电堆101后何时再次进入到该电堆101中，和何时通过冷却剂KM达到停滞温度Ts。

因此，可以根据冷却剂泵31的转速N预测加热的冷却剂在流动通过电堆101后何时再次进入到该电堆101中，并且在电堆中的入口处的冷却剂温度的停滞何时发生。因此能够求取直至在电堆101中的入口处的冷却剂温度TCoolIn的停滞的时间ts。

一方面，在调节时可以将直至在电堆101中的入口处的冷却剂温度TCoolIn停滞的时间ts用于，(在停滞温度Ts的允许的下限方面)尽可能大程度地缩短该时间ts，其方式是，相应地选择冷却剂泵的转速。

另一方面，可以将直至在电堆101中的入口处的冷却剂温度TCoolIn停滞的时间ts用于基于模型地求取和/或确定地计算通过电堆101中的化学反应的向冷却剂KM中的热输入ΔT(即直至停滞的热输入)，用于在步骤3)中对停滞温度Ts的预测。

此外，可以在一方法中设置为，针对停滞温度Ts的预测考虑通过电堆101中的化学反应的向冷却剂KM中的热输入ΔT。在此可以考虑，向冷却剂KM中的热输入ΔT基本上进行直至在电堆101中的入口处的冷却剂温度停滞的发生。热输入ΔT一方面可以基于模型地求取或者说确定地计算，而另一方面可以通过测量在向电堆中的入口处和/或在从电堆的出口处的冷却剂的温度来确定。

一方面，可以通过测量电堆101中的入口处的冷却剂温度TCoolIn和/或测量电堆101的出口处的冷却剂温度TCoolOut来确定向冷却剂KM中的热输入ΔT。因此能够通过测量在向电堆101中的入口处和/或在从电堆101的出口处的冷却剂的温度来确定热输入ΔT。

另一方面，可以通过在电堆101中的入口处的冷却剂温度TCoolIn的建模和/或在电堆101的出口处的冷却剂温度TCoolOut的建模来确定向冷却剂KM中的热输入ΔT。在冷却剂温度TCoolOut的建模时，可以考虑电流强度、电压和/或冷却剂回路30的至少一种热特性，如热容量、密度等。以这种方式能够通过建模确定热输入ΔT。

如图3进一步示出的那样，该方法可以具有至少一个另外的步骤：

5)监测电堆101中的入口处的冷却剂温度TCoolIn，

6)当电堆101中的入口处的冷却剂温度TCoolIn已达到期望的停滞温度Ts时，则继续燃料电池系统100的启动过程，

7)当电堆101中的入口处的冷却剂温度TCoolIn位于所期望的停滞温度Ts以下时，则降低冷却剂泵31的转速N，和/或

8)对于期望的停滞温度Ts，当电堆101中的入口处的冷却剂温度TCoolIn位于允许范围以上、尤其是0℃至10℃以上、优选2℃至8℃以上、优选4℃至7℃以上时，则提高冷却剂泵31的转速N。

以这种方式能够提供调节回路，以用于根据冷却剂泵31的转速N调节在电堆101中的入口处的冷却剂温度TCoolIn。在此，该调节能够可靠地负责将在电堆101中的入口处的冷却剂温度TCoolIn快速且高效地、尤其尽可能快地带到、尤其是调节到所期望的停滞温度Ts。

如图3此外示出的那样，所述方法还可以具有至少一个另外的步骤：

9)监测在燃料电池系统100的启动过程期间的热输入ΔT，

10)当热输入ΔT在允许范围内、尤其是从0％至5％、优选从0％至2％、优选从0％至1％时，则继续启动过程，

11)当热输入(ΔT)位于允许范围以上、尤其是超过1％、优选超过2％、优选超过5％时、则重复根据前述权利要求中任一项所述的方法，尤其是步骤1)至3)以及4)。

以这种方式能够实现附加的可靠性并且合理性检验预测。

此外，如图3示出的那样，当计划了燃料电池系统100的启动并且系统温度和/或环境温度Tu位于或预计位于允许范围以下、尤其是0℃以下、优选2℃以下、优选4℃以下，则可以开始该方法。

在图3中示出的数字仅仅是示例性地被提及。更确切地说，可以至少如上文中借助于步骤8)、10)和/或11)所示出的那样匹配这些数字和/或范围。

有利的是，能够如上所述运行的所述方法可以用于设计燃料电池系统、尤其是在燃料电池系统100中的冷却剂回路30、例如冷却剂旁路回路的长度和/或热传导面、例如双极板和/或气体扩散层，

-使得在电堆101中的入口处的冷却剂温度TCoolIn快速地和/或高效地达到所期望的停滞温度Ts，和/或

-使得冷却剂KM在电堆101中的入口与电堆101的出口之间的温差不超过允许的上限。

为进一步完善该方法，除冷却剂泵31的转速N外，该方法还可以具有至少一个另外的设定参量，以便将电堆101中的入口处的冷却剂温度TCoolIn带到、尤其是调节到期望的停滞温度Ts：

-电流强度，

-氧化剂的质量流量，和/或

-燃料的质量流量。

本发明的另一方面提供在图1中示意性说明的相应的控制单元200。在控制单元200的存储单元中保存有呈代码形式的计算机程序，该计算机程序在通过控制单元200的计算单元执行该代码时实施能够如上述那样运行的方法。

控制单元200可以与燃料电池系统100的功能系统中的传感器处于通信连接中，以便监测传感器值。

控制单元200可以相应地操控燃料电池系统100的功能系统10、20、30、40中的执行器，以便如上述那样实施所述方法。

可选地，控制单元200可以与外部计算单元处于通信连接中，以便将若干方法步骤和/或计算全部地或部分地转移到外部计算单元。

附图的上述描述仅仅在示例性的范畴内描述本发明。自然，这些实施方式的各个特征可以——仅要在技术上有意义——在不脱离本发明的范畴的情况下自由地相互组合。

Claims (10)

1.一种用于在燃料电池系统(100)的启动的情况下、尤其是在所述燃料电池系统(100)的冷启动和/或冻结启动的情况下运行具有至少一个电堆(101)的燃料电池系统(100)的方法，以便将所述电堆(101)中的入口处的冷却剂温度(TCoolIn)带到、尤其是调节到期望的停滞温度(Ts)，所述方法具有以下步骤：

-针对冷却剂泵(31)的不同转速(N)预测冷却剂(KM)的停滞温度(Ts)，

-匹配所述冷却剂泵(31)的转速(N)，使得所述停滞温度(Ts)位于期望值(Ts)以上。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

对于所述停滞温度(Ts)的预测，执行以下准备步骤中的至少一个准备步骤：

-根据所述冷却剂泵(31)的所述转速(N)来求取所述冷却剂(KM)的循环时间(t)，

其中，尤其在求取所述冷却剂(KM)的所述循环时间(t)时，考虑冷却剂回路在绕过所述冷却器(33)的情况下的体积和/或所述冷却剂(KM)的体积流量，

-根据所述冷却剂泵(31)的所述转速(N)来预测，首先被加热的冷却剂包在流动通过所述电堆(101)后何时再次进入所述电堆(101)中，和何时通过所述冷却剂(KM)达到所述停滞温度(Ts)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

在预测所述停滞温度(Ts)时，考虑通过所述电堆(101)中的化学反应向所述冷却剂(KM)中的热输入(ΔT)。

4.根据权利要求3所述的方法，

其特征在于，

通过测量所述电堆(101)中的入口处的冷却剂温度(TCoolIn)和/或测量所述电堆(101)的出口处的冷却剂温度(TCoolOut)来确定向所述冷却剂(KM)中的所述热输入(ΔT)，

和/或，通过所述电堆(101)中的入口处的冷却剂温度(TCoolIn)的建模和/或所述电堆(101)的出口处的冷却剂温度(TCoolOut)的建模来确定向所述冷却剂(KM)中的所述热输入(ΔT)，

其中，尤其是在冷却剂温度(TCoolOut)的建模时，考虑电流强度、电压和/或所述冷却剂回路的至少一种热特性。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述方法具有至少一个另外的步骤：

-监测所述电堆(101)中的入口处的冷却剂温度(TCoolIn)，

-当所述电堆(101)中的入口处的冷却剂温度(TCoolIn)已达到所期望的停滞温度(Ts)时，则继续所述燃料电池系统(100)的启动过程，

-当所述电堆(101)中的入口处的冷却剂温度(TCoolIn)位于所期望的停滞温度(Ts)以下时，则降低所述冷却剂泵(31)的所述转速(N)，和/或

-对于期望的停滞温度(Ts)，当所述电堆(101)中的入口处的冷却剂温度(TCoolIn)位于允许范围以上、尤其是0℃至10℃以上、优选2℃至8℃以上、优选4℃至7℃以上时，则提高所述冷却剂泵(31)的所述转速(N)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述方法具有至少一个另外的步骤：

-监测所述燃料电池系统(100)的启动过程期间的所述热输入(ΔT)，

-当所述热输入(ΔT)在允许范围内、尤其是从0％至5％、优选从0％至2％、优选从0％至1％时，则继续所述启动过程，

-当所述热输入(ΔT)位于允许范围以上、尤其是超过1％、优选超过2％、优选超过5％时，则重复根据前述权利要求中任一项所述的方法。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

当计划了所述燃料电池系统(100)的启动并且系统温度和/或环境温度(Tu)位于允许范围以下、尤其是0℃以下、优选2℃以下、优选4℃以下时，则开始所述方法。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述方法用于设计所述燃料电池系统(100)、尤其是在所述燃料电池系统(100)中的冷却剂回路和/或热传导面，

使得所述电堆(101)中的入口处的所述冷却剂温度(TCoolIn)快速地和/或高效地达到所期望的停滞温度(Ts)，和/或

使得所述冷却剂(KM)在所述电堆(101)中的入口与在所述电堆(101)的出口之间的温差不超过允许的上限，

和/或，除所述冷却剂泵(31)的所述转速(N)之外，所述方法具有至少一个另外的设定参量，以便将所述电堆(101)中的入口处的所述冷却剂温度(TCoolIn)带到、尤其是调节到所期望的停滞温度(Ts)：

-电流强度，

-氧化剂的质量流量，和/或

-燃料的质量流量。

9.一种控制单元(200)，所述控制单元具有存储单元和计算单元，在所述存储单元中保存有代码，其中，当通过所述计算单元实施所述代码时，执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

10.一种计算机程序产品，所述计算机程序包括指令，所述指令在通过计算机实施所述计算机程序产品时促使所述计算机执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。