DE10063654A1 - Verfahren und Anordnung zur Erzeugung fahrpedalstellungsabhängiger Stromwerte für die Leistungssteuerung eines oder mehrerer Antriebe in einer mobilen Vorrichtung mit einer Brennstoffzelle für die Energieversorgung - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Erzeugung fahrpedalstellungsabhängiger Stromwerte für die Leistungssteuerung eines oder mehrerer Antriebe in einer mobilen Vorrichtung mit einer Brennstoffzelle für die EnergieversorgungInfo
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Abstract
Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und eine Anordnung zur Erzeugung fahrpedalstellungsabhängiger Stromwerte für die Leistungssteuerung eines oder mehrerer elektrischer Antriebe zur Bewegung einer mobilen Vorrichtung, deren Energiequelle eine Brennstoffzelle ist. Die Ansprechzeit des oder der Antriebe auf eine Änderung des fahrpedalstellungsabhängig erzeugten Stromsollwerts wird durch die Erzeugung eines in einen Drehmoment-Sollwert umsetzbaren Stromwerts möglichst klein gehalten, der ständig auf einen so großen Wert gehalten wird, daß die Brennstoffzellenausgangsspannung gerade eine kritische Grenze nicht unterschreitet.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung
zur Erzeugung von fahrpedalstellungsabhängigen Stromwerten zur
Einstellung der Leistung eines Antriebs oder mehrerer Antriebe
für die Bewegung einer mobilen Vorrichtung, die eine Brenn
stoffzelle für die Energieversorgung des Antriebs oder der An
triebe und weiterer elektrische Verbraucher aufweist.
Es ist bereits ein Verfahren zur dynamischen Regelung der Lei
stung einer elektrischen Antriebseinheit in einem Fahrzeug be
kannt, das von einer Brennstoffzelle mit elektrischer Energie
versorgt wird (DE 43 22 765 C1). Den Fahrpedalstellungen sind
jeweils Antriebsleistungen zugeordnet. In Abhängigkeit von der
Fahrpedalstellung wird der zur Bereitstellung der zugehörigen
Solleistung notwenige Luftmassenstrom berechnet und mittels ei
nes in der Luftausgangsleitung der Brennstoffzelle angeordneten
drehzahlgeregelten Kompressors eingestellt. Der Leistungs-
Sollwert, der der Antriebseinheit zugeführt wird, wird korri
giert, so daß nie mehr als die von der Brennstoffzelle momentan
erzeugte Leistung durch die Antriebseinheit angefordert wird.
Auch kann die Antriebseinheit begrenzend auf die Leistungsan
forderung einwirken. Bei diesen bekannten Verfahren bewirken
Totzeiten beim Beschleunigen des Fahrzeugs eine längere An
sprechzeit.
Bekannt ist auch ein Verfahren zur dynamischen Einstellung der
Leistung einer Brennstoffzelle in einem Fahrzeug, das eine von
der Brennstoffzelle mit Energie versorgte Antriebseinheit auf
weist. In Abhängigkeit von einer Fahrpedalanforderung wird ein
Sollwert für die Brennstoffzellenleistung ermittelt. Unterhalb
eines Grenzwerts für die momentane Brennstoffzellenspannung
wird anhand der momentanen Fahrmotordrehzahl über ein Strom-
Kennfeld ein Strom-Sollwert für die Brennstoffzelle ermittelt.
Oberhalb eines Grenzwerts für die momentane Brennstoffzellen
spannung wird anhand der momentanen Fahrmotordrehzahl über ein
Leistungsfeld des Fahrmotors ein Leistungs-Sollwert und aus
diesem anhand der Brennstoffzellenspannung ein Strom-Sollwert
für die Brennstoffzelle ermittelt. Die jeweiligen Ströme werden
in Abhängigkeit von benötigten Strombedarf der weiteren elek
trischen Aggregate des Fahrzeugs um einen vorgegebenen Betrag
erhöht (DE 105 40 824 A1).
Brennstoffzellensysteme, die Kompressoren für die Einstellung
des Luftmassenstroms aufweisen, zeigen gewisse Verzögerungen im
Ansprechverhalten. Verzögerungen ergeben sich auch, wenn das
Brenngas für die Brennstoffzelle von einem Wasserstoffgas-
Erzeugungssystem geliefert wird. Die Ansprechzeit des Brenn
stoffzellensystems im Fahrzeug muß bei der Stromsollwerter
zeugung berücksichtigt werden. Eine zu schnelle Freigabe des
jeweils notwendigen Stromsollwerts führt zu einem Einbrechen
der Brennstoffzellenspannung und damit zu einer Störung. Eine
zu langsame Freigabe des jeweils einer bestimmten Fahrpedal
stellung zugeordneten Strom-Sollwerts nutzt die mögliche An
sprechzeit nicht aus.
Die Ansprechzeit des Brennstoffzellensystems hängt von zahl
reichen Faktoren ab. Einige dieser Faktoren sind das momentane
Lastniveau, die Art der Strom- bzw. Leistungsaufforderung, das
heißt der zeitliche Verlauf der Anforderung wie Sprung, Rampe,
Anstiegsgeschwindigkeit und der momentane Zustand des Brenn
stoffzellensystems. Es handelt sich hierbei um viele Einfluß
parameter auf die Ansprechzeit. Zum Zeitpunkt der Stromanforderung
sind nicht alle bekannt. Die Ermittlung aller Para
meter ist nur mit großem Aufwand möglich.
Um Störungen bei sich schnell ändernden Stromanforderungen zu
vermeiden, kann eine fixe Übertragungscharakteristik in einem
Glied eines Regelkreis eingestellt werden, z. B. kann eine Ver
zögerung x-ter Ordnung vorgesehen werden.
Der Erfindung liegt nun das Problem zugrunde, ein Verfahren zur
Erzeugung von fahrpedalstellungsabhängigen Stromwerten für die
Einstellung der Leistung eines oder mehrerer Antriebe für die
Bewegung einer mobilen Vorrichtung anzugeben, bei dem eine op
timale Dynamik ohne explizite Erfassung der Einflußparameter
auf das Ansprechverhalten der Brennstoffzelle erreicht wird.
Das Problem wir bei einem Verfahren der eingangs angegebenen
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Brennstoffzellen
ausgangsspannung während der Änderung eines fahrpedalstel
lungsabhängigen Stromsollwerts gemessen und auf einen unteren
Spannungs-Grenzwert hin überwacht wird, daß der fahrpedalstel
lungsabhängige Stromsollwert um den Strombezug der weiteren
elektrischen Verbraucher aus der Brennstoffzelle und den Strom
bedarf zur Einstellung der Brennstoffzellenleistung auf die dem
fahrpedalstellungsabhängigen Stromsollwert entsprechende An
triebsleistung vermindert wird und daß der restliche Teil des
fahrpedalstellungsabhängigen Stromsollwerts als verfügbarer
Strom für die Erzeugung eines entsprechenden Drehmoment-Soll
werts derart eingestellt wird, daß der Spannungs-Grenzwert wäh
rend der von dem oder den Antrieben entsprechend dem Drehmo
ment-Sollwert abgegebenen Leistung nicht oder nicht um ein die
Betriebsweise des oder der Antriebe und der weiteren strombe
ziehenden Verbraucher beeinträchtigendes Maß unterschritten
wird. Mit der erfindungsgemäßen Einstellung des verfügbaren
Stromwerts in Bezug auf den Spannungs-Grenzwert wird eine opti
male, d. h. kürzest mögliche, Anstiegszeit dieses Stromwerts
für die Drehmomenterzeugung des oder der Antriebe erreicht, oh
ne daß die Brennstoffzelle oder die Antriebe und die anderen
elektrischen Verbraucher des Brennstoffzellensystems einen
nicht erwünschten Betriebszustand einnehmen. Die Dynamik des
Brennstoffzellensystems, d. h. der Brennstoffzelle und der von
dieser gespeisten Verbraucher, hängt bei einer Änderung der
Fahrpedalstellung vom Strombedarf der Brennstoffzelle und ihrer
Hilfsaggregate und von dem jeweils vorhandenen Betriebszustand
der anderen elektrischen Verbraucher des Brennstoffzellen
systems ab. Durch die Erfindung wird eine optimale Dynamik er
reicht, ohne daß die in jeweiligen Betriebszustand vorhandenen
Anforderungen und/oder Abhängigkeiten der elektrischen Verbrau
cher alle expliziert erfaßt werden bzw. modelliert werden müs
sen. Die Anforderungen bzw. Abhängigkeiten werden durch die Er
findung automatisch berücksichtigt, so daß der Einstellungs-
und Parametrieraufwand für das Brennstoffzellensystem gering
ist.
Vorzugsweise ist der untere Spannungs-Grenzwert die Nenn- bzw.
Betriebsspannung der von Brennstoffzelle gespeisten elektri
schen Verbraucher. Die elektrischen Verbraucher in der mobilen
Vorrichtung erhalten daher auch beim Übergang des Brennstoff
zellensystems und der Antriebe in einem anderen Betriebszustand
die Nenn- bzw. Betriebsspannung. Der verfügbare Strom hat wäh
rend er Änderung des fahrpedalabhängigen Strom-Sollwerts einen
so großen Wert, daß die Verbraucher des Brennstoffzellensystems
einschließlich des Antriebs oder der Antriebe ihre für den ein
wandfreien Betrieb erforderlichen Ströme beziehen. Der bzw. die
Antriebe gehen dadurch in möglichst kurzer Zeit auf den neuen,
von der geänderten Fahrpedalstellung abhängigen Betriebszustand
über. Es sei hier darauf hingewiesen, daß bei den mobilen Vor
richtungen andere Mittel zum Einstellen der Leistung eines An
triebs wie handbetätigte Organe dem von einem Fuß betätigten
Fahrpedal äquivalent sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Brennstoffzel
lenausgangsspannung durch Einstellung des verfügbaren Stroms
wenigstens während der Änderung eines fahrpedalabhängigen
Strom-Sollwerts durch Regelung auf einen für den Betrieb des
oder der Antriebe und des Brennstoffzellensystems unkritischen
Wert gehalten. Mit diesem Verfahren wir erreicht, daß die
Brennstoffzellenausgangsspannung nicht oder nicht in einem für
den Betrieb des Brennstoffzellensystems unerwünschten. Umfang
unter einen kritischen Wert absinkt. Der verfügbare Antriebs-
Stromwert wird optimal geführt, so daß der Antrieb bzw. die An
triebe in möglichst kurzer Zeit auf den neuen Betriebszustand,
z. B. eine neue Drehzahl bzw. Leistung übergehen.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform wird der verfügbare
Stromwert während der Änderung des fahrpedalstellungsabhängigen
Strom-Sollwerts derart eingestellt, daß die erste oder zweite
Ableitung der Brennstoffzellenausgangsspannung nach dem Strom
wert gleich bleibt. Mit diesem Verfahren läßt sich ein ge
wünschtes Antriebsverhalten bei Änderungen der Fahrpedal
stellung erreichen. So ist es durch die Regelung der zweiten
Ableitung der Brennstoffzellenausgangsspannung nach dem ver
fügbaren Stromwert möglich, eine ruckfreie Leistungs- oder
Drehzahleinstellung beim Übergang von Drehzahlen oder Leistun
gen auf neue Werte zu erreichen. Günstig ist es hierbei, eine
Kaskadenregelung vorzusehen, wobei die Regelung der Brenn
stoffzellenausgangsspannung in einem äußeren Regelkreis er
folgt.
Bei einer Anordnung der eingangs beschriebenen Art wird das
Problem erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Regelglied von
der aus der Differenz von einem vorgegebenen unteren Span
nungs-Grenzwert und dem gemessenen Wert der Brennstoffzellen
ausgangsspannung gebildeten Regelabweichung beaufschlagt ist,
daß vom Regler ein der Regelabweichung proportionaler Strom
wert mit Strombegrenzungscharakteristik einem verfügbaren
Stromwert, der aus dem Überschuß zwischen dem einer vorge
gebenen Leistung bzw. Drehzahl zugeordneten fahrpedalab
hängigen Stromsollwert und dem für diese Leistung von den
Hilfsaggregaten der Brennstoffzelle benötigten Strömen sowie
den von den übrigen Verbrauchern bezogenen Strömen gebildet
ist, zur Erzeugung eines für die Umwandlung in einem Drehmoment-Sollwert
verfügbaren korrigierten Stromwert vorzeichen
richtig überlagert wird. Mit dem erfindungsgemäßen Regler läßt
sich eine optimale Dynamik des Brennstoffzellensystems er
reichen, d. h. die Ansprechzeit des Antriebs oder Antriebe ist
nach den Änderungen der Betriebspunkt möglichst kurz. Der unte
re Spannungs-Grenzwert ist insbesondere die Nenn- oder Be
triebsspannung der elektrischen Verbraucher und des Antriebs.
Unter Antrieb ist hierbei die Einheit aus einem Stromrichter
und einem Motor zu verstehen.
Der Regler hat Proportional-Verhalten. Von dem für die Momen
tenbildung des Antriebs verfügbaren Stromwert wird daher ein
der negativen Regelabweichung proportionaler Stromwert subtra
hiert. Es ist für manche Anwendungsfälle günstig, wenn der Ver
lauf dieses Stromwerts eine bestimmte Charakteristik hat. Bei
spielsweise können stetige Leistungs- oder Drehzahländerungen
gewünscht werden. In einem solchen Fall kann eine Regel- bzw.
Hilfsregelgröße die 1. Ableitung der Brennstoffzellenausgangs
spannung nach dem Strom sein. Ruckfreies Verhalten kann durch
die Verwendung der 2. Ableitung der Brennstoffzellenausgangs
spannung nach dem verfügbaren Strom als Regel- bzw. Hilfsgrößer
erreicht werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeich
nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschreiben, aus
dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteiler ergeben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer mobilen Vorrichtung mit ei
nem elektrischen Antrieb und einem Brennstoffzellen
system mit Hilfsaggregaten für den Betrieb einer
Brennstoffzelle und mit weiteren von der Brennstoff
zelle versorgten Verbrauchern,
Fig. 2 eine Einzelheit der in Fig. 1 dargestellten Vorrich
tung im Blockschaltbild.
Eine mobile Vorrichtung 1, vorzugsweise ein Kraftfahrzeug, ent
hält als Energiequelle eine Brennstoffzelle 2, die in Fig. 1
als BZ-Stack bezeichnet ist, da sie z. B. aus einzelnen PEM-
Modulen besteht, die in Serie geschaltet sind. In der Vorrich
tung 1 ist wenigstens ein Antrieb 3 für die Bewegung der Vor
richtung 1 vorhanden, der aus einem elektrischen Motor mit ei
nem vorgeschalteten Stromrichter besteht und z. B. Räder der
Vorrichtung antreibt. Je nach Art des Elektromotors ist der
Stromrichter als Umrichter oder Wechselrichter ausgebildet, um
z. B. einen Gleich- oder Wechselstrommotor zu speisen. Der
Stromrichter ist mit seinen Eingängen für die Stromversorgung
mit einem elektrischen Netz verbunden, das in Fig. 1 verein
facht dargestellt und mit 4 bezeichnet ist. Das Netz 4 ist über
einen nicht dargestellten Leistungs- bzw. Lasttrennschalter mit
den elektrischen Ausgängen 5 der Brennstoffzellen verbunden.
Die Brennstoffzelle 2 ist Bestandteil eins in Fig. 1 mit 6 be
zeichneten Brennstoffzellensystems in der mobilen Vorrichtung
1. Zum Brennstoffzellensystem 6 gehört ein Kompressor 7 für die
Einspeisung von Luft in die Brennstoffzelle 2. Der Kompressor
ist mit einem Antrieb 8 verbunden, der einen nicht dargestell
ten elektrischen Motor mit vorgeschalteten Stromrichter auf
weist, dessen Eingänge für die Stromversorgung ebenso wie der
Antrieb 3 über den Leistungs- oder Lastrennschalter mit den
Ausgängen 5 verbunden ist.
Zum Brennstoffzellensystem 6 gehört eine Wasserstoffversor
gungseinrichtung 9, bei der es sich ein einfachsten Fall um ei
nen Tank handelt, der mit Wasserstoff gefüllt und über eine
Leitung mit einem Steuerventil an einen Eingang der Brenn
stoffzelle 2 angeschlossen ist. Es kann sich bei der Wasser
stoffversorgungseinrichtung 9 aber auch um eine Spaltanlage
handeln, die aus einem Kohlenwasserstoff Wasserstoffgas ab
trennt.
Dem Brennstoffzellensystem 6 werden zur Erleichterung des Ver
ständnisses der vorliegenden Erfindung auch weitere Verbraucher
hinzugerechnet, die im Netz 4 angeordnet sind und von
der Brennstoffzelle 2 mit Strom versorgt werden. Bei diesen
Verbrauchern handelt es sich z. B. um den elektrischen Antrieb
einer Kühlmittelpumpe, einen Heizstromkreis oder die elek
trischen Teile einer Klimaanlage in der Vorrichtung 1. Die Ge
samtheit der elektrischen Verbraucher, die neben dem Antrieb 3
von der Bennstoffzelle 2 gespeist werden, ist in Fig. 1 mit 10
bezeichnet.
Zum Brennstoffzellensystem 6 gehört eine Steuerung 11, von der
Ausgänge mit nicht näher bezeichneten Steuereingängen des Kom
pressorantriebs 8 und weitere Ausgänge mit nicht näher be
zeichneten Steuereingängen der Wasserstofferzeugungsanlage 9
verbunden sind.
Eingänge der Steuerung 11 sind an einen Stromsensor für den in
die Verbrauch 10 eingespeisten Strom und an einer Steuerung 13
angeschlossen, deren Eingang an einen Winkelstellungsgeber ei
nes Fahrpedals 14 angeschlossen ist. Den verschiedenen Win
kelstellungen des Fahrpedals sind verschiedene Drehmomente des
Antriebsmotors der Vorrichtung 1 zugeordnet. Die Steuerung 13
bestimmt aus dem der jeweiligen Fahrpedalstellung zugeordneten
Drehmoment und der Motordrehzahl an Hand gespeicherter Kenn
felder oder durch Berechnung einen Sollstrom Isoll, aus dem nach
vorgegebenen Werten in Kennfeldern jeweils Steuerströme für die
Luft- und Brenngasversorgung der Brennstoffzelle 2 bestimmt
werden, die den Antrieb 8 und die Wasserstofferzeugungseinrich
tung 9 so beeinflussen, daß die Brennstoffzelle die Leistung
erzeugt, die vom Antrieb 3 für die Abgabe desjenigen Drehmo
ments benötigt wird, das der jeweiligen Fahrpedalstellung zuge
ordnet ist. Die Steuerung 11 bestimmt aus dem Strom ISoll und
den für die Steuerung der Brennstoffzelle 2 benötigten Strömen
sowie dem an die Verbraucher 10 von der Brennstoffzelle 2 ge
lieferten Strom einen für den Antrieb 8 verfügbaren Stromwert
Iverfügbar und speist diesen Wert in die Steuerung 15 ein.
Die Steuerung berechnet aus dem Stromwert Iverfügbar, der auf un
tern näher beschriebene Art korrigiert wird, und dem Winkel
stellungswert des Fahrpedals 14 einen Drehmoment-Sollwert MSoll,
der eine Steuerung 16 beaufschlagt, die aus dem Drehmoment-
Sollwert MSoll und der gemessenen Drehzahl einen Motorstrom-
Sollwert Imot,Soll berechnet, der dem Antrieb 3 zur Erzeugung der
der jeweiligen Fahrpedalstellung zugeordneten Leistung zuge
führt wird. Die Steuerungen 11, 13, 15 und 16 können Bestand
teile eine Steuergeräts sein. Die Erzeugung eines Motorstrom-
Sollwerts aus einem vorgegebenen Drehmoment-Sollwert ist an
sich bekannt.
Die Brennstoffzellenausgangsspannung folgt zeitlich verzögert
der Vorgabe eines neuen Stromsollwerts Isoll aufgrund von zeit
lichen Verzögerungen in den Bauelementen zwischen der Steuerung
13 und der Brennstoffzelle 2 und auch in der Brennstoffzelle 2
selbst. Damit der Antrieb 3 nicht unmittelbar nach der Erzeu
gung eines einem höheren Drehmoment entsprechenden Winkelposi
tionswerts mit einem entsprechenden Stromsollwert Imot,soll be
trieben wird, durch den von der Brennstoffzelle 2 eine bei der
notwendigen Höhe der Betriebsspannung nicht abgebbare Leistung
verlangt würde, muß der Stromsollwert Imot,soll, der der jeweili
gen Fahrpedalstellung nach deren Änderung entspricht, verzögert
erzeugt werden. Diese Verzögerung wird wie folgt bewirkt:
Ein Regelkreis, der in der Steuerung 15 realisiert ist, weist eine Summierstelle 17 auf, dem von einem Sollwertgeber 18 ein vorgegebener Spannungs-Grenzwert Umin für die Brennstoffzellen ausgangsspannung und von einem nicht dargestellten Geber der Wert der Brennstoffzellenausgangsspannung UBZ zugeführt wird. An der Summierstelle 17, die durch Software in einem Rechner realisiert sein kann, wird der Wert der gemessenen Brennstoff zellenspannung UBZ von Spannungs-Sollwert UBZ subtrahiert. Der Spannungs-Sollwert UBZ entspricht einem unteren Grenzwert der Brennstoffzellenausgangsspannung, der für einen einwandfreien Betrieb der Brennstoffzelle und der von dieser gespeisten Ver braucher nicht oder nicht in einem großem Maß unterschritten werden darf. Die Regelabweichung Umin - UBZ beaufschlagt einen Regler 19 in der Steuerung 15, der ebenfalls durch Software realisiert sein kann. Der Regler hat Proportionalverhalten, was im Block 19 durch den Buchstaben K gekennzeichnet ist. Außerdem weist der Regler ein Begrenzungsglied 20 auf.
Ein Regelkreis, der in der Steuerung 15 realisiert ist, weist eine Summierstelle 17 auf, dem von einem Sollwertgeber 18 ein vorgegebener Spannungs-Grenzwert Umin für die Brennstoffzellen ausgangsspannung und von einem nicht dargestellten Geber der Wert der Brennstoffzellenausgangsspannung UBZ zugeführt wird. An der Summierstelle 17, die durch Software in einem Rechner realisiert sein kann, wird der Wert der gemessenen Brennstoff zellenspannung UBZ von Spannungs-Sollwert UBZ subtrahiert. Der Spannungs-Sollwert UBZ entspricht einem unteren Grenzwert der Brennstoffzellenausgangsspannung, der für einen einwandfreien Betrieb der Brennstoffzelle und der von dieser gespeisten Ver braucher nicht oder nicht in einem großem Maß unterschritten werden darf. Die Regelabweichung Umin - UBZ beaufschlagt einen Regler 19 in der Steuerung 15, der ebenfalls durch Software realisiert sein kann. Der Regler hat Proportionalverhalten, was im Block 19 durch den Buchstaben K gekennzeichnet ist. Außerdem weist der Regler ein Begrenzungsglied 20 auf.
Der Regler 20 erzeugt einen der Regelabweichung proportionalen
Stromwert, der einer weitern Summierstelle 21 zugeführt wird,
die ebenfalls durch Software realisiert sein kann. Weiterhin
wird der Summierstelle 21 der Stromwert Iverfügbar zugeführt, von
dem der Ausgangstrom des Reglers 19 bzw. 20 subtrahiert wird.
Es entsteht ein korrigierter Stromwert I'verfügbar. Der Ausgangs
stromwert des Reglers 10 wird durch das Begrenzungsglied auf
den Wert 0 und einen Strom Imax begrenzt. Aus dem korrigierten
Wert I'verfügbar bestimmt die Steuerung 15 den Drehmoment-Sollwert
MSoll, aus dem der Stromsollwert Imot,Soll gebildet wird, der ein
Maß für die Antriebsleistung ist.
Die oben beschriebenen Regelung verhindert, daß der Brenn
stoffzellenausgang während oder nach einem über die Fahrpedal
stellung angeforderten höheren Drehmoment des Antriebs 3 unter
den unteren Spannungs-Grenzwert Umin absinkt, indem der verfüg
bare Antriebs-Stromwert Iverfügbar um einen Strom proportional zur
Unterschreitung von Umin reduziert wird. Der untere Grenzwert
Umin wird auf den Nenn- bzw. Betriebsspannung der elektrischen
Verbraucher am Netz 4 einschließlich des Fahrmotorstromrichters
eingestellt bzw. in der Steuerung 15 gespeichert.
Bei einem durch eine entsprechende Fahrpedaländerung vom An
trieb 3 angeforderten höheren Drehmoment bzw. Leistung voll
zieht sich der Übergang auf diese Leistung ohne Unterschreitung
einer für den Betrieb kritischen Schwelle der Brennstoff
zellenausgangsspannung mit optimaler Dynamik. In jedem Ar
beitspunkt des Brennstoffzellensystems müssen nicht alle Ein
flußgrößen expliziert durch Messungen erfaßt oder modelliert
werden, sondern werden automatisch berücksichtigt. Der Aufwand
für die Einstellung und Parametrierung der Regelung ist gering.
Wenn ein stetiger Übergang zwischen verschiedenen Leistungen
des Antriebs gewünscht wird, kann als Hilfsregelgröße die 1.
Ableitung der Brennstoffzellenausgangsspannung nach dem Strom
Iverfügbar in einer Kaskadenregelung eingeführt werden. Ein ruck
freier Übergang kann mit der 2. Ableitung d2U/DI2 verfügbar als
Hilfsregelgröße erreicht werden.
Claims (6)
1. Verfahren zur Erzeugung von fahrpedalstellungsabhängigen
Stromwerten zur Einstellung der Leistung eines Antriebs
oder mehrerer Antriebe einer mobilen Vorrichtung, die eine
Brennstoffzelle für die Energieversorgung des oder der An
triebe und weiterer elektrischer Verbraucher aufweist, da
durch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzellenausgangs
spannung während der Änderung eines fahrpedalstellungsab
hängigen Stromsollwerts gemessen und auf einen unteren
Spannungs-Grenzwert hin überwacht wird, daß der fahrpedal
stellungsabhängige Stromsollwert um den Strombezug der
weiteren elektrischen Verbraucher aus der Brennstoffzelle
und den Strombedarf zur Einstellung der Brennstoffzellen
leistung auf die dem fahrpedalstellungsabhängigen Strom
sollwert entsprechende Antriebsleistung vermindert wird
und daß der restliche Teil des fahrpedalstellungsabhängi
gen Stromsollwerts als verfügbarer Strom für die Erzeugung
eines entsprechenden Drehmoment-Sollwerts derart einge
stellt wird, daß der Spannungs-Grenzwert während der von
dem oder den Antrieben entsprechend dem Drehmoment-Soll
wert abgegebenen Leistung nicht oder nicht um ein die Be
triebsweise des oder Antrieb und der weiteren strombezie
henden Verbraucher beeinträchtigendes Maß unterschritten
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
untere Spannungs-Grenzwert die Nenn- bzw. Betriebsspannung
der von der Brennstoffzelle gespeisten elektrischen Ver
braucher ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Brennstoffzellenausgangsspannung durch Einstellung
des verfügbaren Stroms wenigstens während der Änderung des
fahrpedalstellungsabhängigen Stromsollwerts durch Regelung
auf einem für den Betrieb des oder der Antriebe und des
Brennstoffzellensystems unkritischen Wert gehalten wird.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der verfügbare Stromwert
während der Änderung des fahrpedalabhängigen Stromsoll
werts derart eingestellt wird, daß die erste oder zweite
Ableitung der Brennstoffzellenausgangsspannung nach dem
Stromwert gleich bleibt.
5. Anordnung zur Erzeugung von fahrpedalstellungsabhängigen
Stromwerten zur Einstellung der Leistung eines oder mehre
rer Antriebe für die Bewegung einer mobilen Vorrichtung,
die eine Brennstoffzelle für die Energieversorgung des An
triebs oder der Antriebe und weiterer elektrischer Ver
braucher aufweist, dadurch gekennzeichnet, ein Regelglied
(19) von der aus der Differenz von einem unteren Span
nungs-Grenzwert (Umin) und der gemessenen Brennstoffzellen
ausgangsspannung (UBZ) gebildeten Regelabweichung beauf
schlagt ist, daß vom Regler (19) ein der Regelabweichung
proportionaler Stromwert mit Strombegrenzungscharakteri
stik einem verfügbaren Stromwert, der aus dem Überschuß
zwischen dem einer vorgegebenen Leistung bzw. Drehzahl des
oder der Antriebe zugeordneten fahrpedalstellungsab
hängigen Stromsollwert und den für diese Leistung von den
Hilfsaggregaten der Brennstoffzelle (2) benötigten Strömen
sowie den übrigen von den Verbrauchern (10) bezogenen
Strömen gebildet wird, zur Erzeugung eines für die Um
setzung in einen Drehmoments-Sollwert (Msoll) verfügbaren
korrigierten Stromwerts (I'verfügbar) vorzeichenrichtig über
lagert wird.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausgangswerte des Reglers (19) durch eine Begrenzungsglied
(20) auf null und einen Wert maximalen Stromwert (Imax) be
grenzt werden.
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