DE102007048867A1 - Verfahren zum verbesserten Ansprechen auf einen nach oben gerichteten Leistungsübergang in einem Brennstoffzellensystem - Google Patents

Verfahren zum verbesserten Ansprechen auf einen nach oben gerichteten Leistungsübergang in einem Brennstoffzellensystem Download PDF

Info

Publication number
DE102007048867A1
DE102007048867A1 DE102007048867A DE102007048867A DE102007048867A1 DE 102007048867 A1 DE102007048867 A1 DE 102007048867A1 DE 102007048867 A DE102007048867 A DE 102007048867A DE 102007048867 A DE102007048867 A DE 102007048867A DE 102007048867 A1 DE102007048867 A1 DE 102007048867A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
power
stack
compressor
cathode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102007048867A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102007048867B4 (de
Inventor
David A. Arthur
Abdullah B. Alp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of DE102007048867A1 publication Critical patent/DE102007048867A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102007048867B4 publication Critical patent/DE102007048867B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04104Regulation of differential pressures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537Electric variables
    • H01M8/04604Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04619Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746Pressure; Flow
    • H01M8/04776Pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Abstract

Brennstoffzellensystem, das ein Verfahren zur Verbesserung des Hochfahrens einer Stapelleistung für nach oben gerichtete Übergänge zu hoher Leistung verwendet, indem der Aufbau der Stapelstromdichte von dem kathodenseitigen Druck entkoppelt wird. Das System verleiht dem Kompressor Leistungspriorität während des nach oben gerichteten Leistungsüberganges, um die richtige Kompressordrehzahl und daher den richtigen Luftmassenstrom für die gewünschte Stromdichte des Brennstoffzellenstapels schnell bereitzustellen. Das System hält auch den kathodenseitigen Druck des Stapels niedrig, indem ein Kathodengegendruckventil offen gehalten wird. Durch Erhöhen des Kathodeneingangsluftdurchflusses auf das richtige Niveau bei dem nach oben gerichteten Leistungsübergang steigt die Stromdichte des Stapels auf das gewünschte Stapelleistungsniveau. Anschließend wird das Gegendruckventil geschlossen, um die Stapelspannung zu erhöhen und damit die von dem Stapel erreichbare maximale Gesamtleistung bereitzustellen.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren, um eine Leistungsverteilung in einem Brennstoffzellensystem bereitzustellen, und insbesondere ein Brennstoffzellensystem, das eine hohe Kompressorleistung und einen geringen Kathodenausgangsdruck bereitstellt, um ein Ansprechen auf einen nach oben gerichteten Leistungsübergang zu verbessern.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Wasserstoff ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er rein ist und dazu verwendet werden kann, effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle zu erzeugen. Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem Elektrolyt dazwischen aufweist. Die Anode nimmt Wasserstoffgas auf, und die Kathode nimmt Sauerstoff oder Luft auf. Das Wasserstoffgas wird in der Anode aufgespalten, um freie Wasserstoffprotonen und Elektronen zu erzeugen. Die Wasserstoffprotonen gelangen durch den Elektrolyt an die Kathode. Die Wasserstoffprotonen reagieren mit dem Sauerstoff und den Elektronen in der Kathode, um Wasser zu erzeugen. Die Elektronen von der Anode können nicht durch den Elektrolyt gelangen und werden somit durch eine Last geführt, in der sie Arbeit verrichten, bevor sie an die Kathode geliefert werden.
  • Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) stellen eine populäre Brennstoffzelle für Fahrzeuge dar. Die PEMFC weist allgemein eine protonenleitende Festpolymerelektrolytmembran auf, wie beispielsweise eine Perfluorsulfonsäuremembran. Die Anode und die Kathode weisen typischerweise fein geteilte katalytische Partikel auf, gewöhnlich Platin (Pt), die auf Kohlenstoffpartikeln getragen und mit einem Ionomer gemischt sind. Die katalytische Mischung wird auf entgegengesetzten Seiten der Membran aufgebracht. Die Kombination der katalytischen Anodenmischung, der katalytischen Kathodenmischung und der Membran definiert eine Membranelektrodenanordnung (MEA). MEAs sind relativ teuer herzustellen und erfordern bestimmte Bedingungen für einen effektiven Betrieb.
  • Typischerweise werden mehrere Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel kombiniert, um die gewünschte Leistung zu erzeugen. Der Brennstoffzellenstapel nimmt ein Kathodeneingangsgas, typischerweise eine Strömung aus Luft auf, die über einen Kompressor durch den Stapel getrieben wird. Es wird nicht der gesamte Sauerstoff von dem Stapel verbraucht, und ein Teil der Luft wird als ein Kathodenabgas ausgegeben, das Wasser als ein Stapelnebenprodukt enthalten kann. Der Brennstoffzellenstapel nimmt auch ein Anodenwasserstoffeingangsgas auf, das in die Anodenseite des Stapels strömt.
  • Die dynamische Leistung eines Brennstoffzellensystems ist begrenzt. Ferner kann es sein, dass die Zeitverzögerung vom Systemstart zur Fahrbarkeit und langsamen Beschleunigung des Fahrzeugs nicht akzeptabel ist. Die Spannungszyklen können die Stapelhaltbarkeit verringern. Diese Nachteile können durch Verwendung einer Hochspannungsbatterie paral lel zu dem Brennstoffzellenstapel minimiert werden. Es werden Algorithmen verwendet, um die Verteilung von Leistung von der Batterie und dem Brennstoffzellenstapel vorzusehen und damit die angeforderte Leistung zu erfüllen.
  • Einige Brennstoffzellenfahrzeuge sind Hybridfahrzeuge, die zusätzlich zu dem Brennstoffzellenstapel ein elektrisches Energiespeichersystem (EESS) verwenden, wie eine DC-Batterie oder einen Superkondensator (auch als ein Ultrakondensator oder als ein Doppelschichtkondensator bezeichnet). Das EESS liefert ergänzende Leistung für die verschiedenen Fahrzeugzusatzlasten, zum Systemstart und bei Hochleistungsbedarf, wenn der Brennstoffzellenstapel nicht in der Lage ist, die gewünschte Leistung bereitzustellen. Insbesondere liefert der Brennstoffzellenstapel Leistung durch eine DC-Spannungsbusleitung an ein elektrisches Traktionssystem (ETS) für den Fahrzeugbetrieb. Das EESS liefert die ergänzende Leistung an die Spannungsbusleitung während derjenigen Zeiten, wenn zusätzliche Leistung über die hinaus erforderlich ist, die der Stapel bereitstellen kann, wie bei einer starken Beschleunigung. Beispielsweise kann der Brennstoffzellenstapel eine Leistung von 70 kW bereitstellen. Jedoch kann eine Fahrzeugbeschleunigung eine Leistung von 100 kW oder mehr erfordern. Der Brennstoffzellenstapel wird dazu verwendet, das EESS zu denjenigen Zeiten wiederaufzuladen, wenn der Brennstoffzellenstapel in der Lage ist, den Systemleistungsbedarf zu erfüllen. Die Generatorleistung, die von dem Traktionsmotor bei einem regenerativen Bremsen verfügbar ist, wird ebenfalls dazu verwendet, die Batterie durch die DC-Busleitung wieder aufzuladen.
  • Akzeptable Zeitperioden für Kraftfahrzeuganwendungen von Leerlaufleistung zu Vollleistung liegen in der Größenordnung von zwei bis drei Sekunden. Derzeit sind Brennstoffzellenfahrzeuge nicht in der Lage, nach oben gerichtete vorübergehende Leistungsübergänge so schnell wie gewünscht bereitzustellen. Allgemein treten die Begrenzungen für das Ansprechen auf nach oben gerichtete Übergänge für Brennstoffzellensysteme auf, da der Brennstoffzellenstapel Kathodenluft nicht schnell genug erhalten kann. Der Kompressor selbst ist in der Lage, schnell genug hochzufahren, vorausgesetzt, dass er eine angemessene Leistung erhält. Jedoch ist es genau die Fähigkeit, die Leistung an den Kompressor zu liefern, die die Fähigkeit des Kompressors begrenzt, eine Luftströmung schnell genug an den Brennstoffzellenstapel zu liefern. Ein Teil des Problems ist zyklisch, da der Kompressor typischerweise seine Leistung von dem Brennstoffzellenstapel erhält und die Brennstoffzellenstapelleistung bei niedriger Stapelleistung allgemein zu niedrig ist, um hohe Kompressordrehzahlen bereitzustellen.
  • Die Hochspannungsbatterie, die typischerweise in einem Hybrid-Brennstoffzellenfahrzeug vorgesehen ist, kann die Bereitstellung von Kompressorleistung bei nach oben gerichteten Leistungsübergängen unterstützen, um die angeforderte ETS-Leistung schnell genug bereitzustellen. Jedoch besitzt die Batterie dahingehend Beschränkungen, dass es typischerweise nicht zulässig ist, dass die Batterie unter einem vorbestimmten minimalen Ladezustand (SOC) fällt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem offenbart, das ein Verfahren verwendet, um ein Hochfahren von Stapelleistung für nach oben gerichtete Übergänge zu hoher Leistung zu verbessern, indem der Aufbau der Stapelstromdichte von dem kathodenseitigen Druck entkoppelt wird. Das System verleiht dem Kompressor während des nach oben gerichteten Leistungsüberganges Leistungspriori tät, um die richtige Kompressordrehzahl für die gewünschte Stromdichte des Brennstoffzellenstapels schnell bereitzustellen. Das System hält auch den kathodenseitigen Druck des Stapels niedrig, indem ein Kathodengegendruckventil offen gehalten wird. Durch Erhöhung der Luftströmungsgeschwindigkeit des Kathodeneingangs auf das richtige Niveau bei dem nach oben gerichteten Leistungsübergang steigt die Stromdichte des Stapels auf das gewünschte Stapelleistungsniveau. Anschließend wird das Gegendruckventil geschlossen, um die Stapelspannung zu erhöhen und damit die von dem Stapel erreichbare, maximale Gesamtleistung bereitzustellen.
  • Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Leistungssystems für ein Hybrid-Brennstoffzellenfahrzeug; und
  • 2 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zur Verbesserung der Ansprechzeit bei nach oben gerichtetem Leistungsübergang für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein Verfahren zur Verbesserung des Ansprechens auf einen nach oben ge richteten Leistungsübergang eines Brennstoffzellenhybridfahrzeugs gerichtet ist, ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
  • 1 ist ein allgemeines Blockdiagramm eines Leistungssystems 10 für ein Brennstoffzellenhybridfahrzeug. Das Leistungssystem 10 weist einen Brennstoffzellenstapel 12 und einen Kompressor 14 auf, der eine Luftströmung an die Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 12 liefert. Das System 10 weist auch ein kathodenseitiges Gegendruckventil 26 in der Kathodenabgasleitung auf, das dazu verwendet wird, den kathodenseitigen Druck des Stapels 12 zu steuern. Das Leistungssystem 10 weist auch ein elektrisches Traktionssystem (ETS) 16, eine Hochspannungsbatterie 18 und eine Niederspannungsbatterie 20 auf. Die Hochspannungsbatterie 18 ist dazu bestimmt, ein beliebiges elektrisches Energiespeichersystem für hohe Spannung zu repräsentieren, das für die hier beschriebenen Zwecke geeignet ist. Bei einer Ausführungsform ist die Niedervoltbatterie eine standardmäßige 12-Volt-Fahrzeugbatterie. Die Leistung wird zwischen den Komponenten in dem Leistungssystem 10 auf einem Hochspannungsbus 24 verteilt. Ein Hochspannungs-DC/DC-Verstärkungswandler 22 erhöht die Leistung von der Niederspannungsbatterie 20 auf ein für das Leistungssystem 10 geeignetes Niveau. Die Komponenten des Leistungssystems 10 sind dem Fachmann so, wie gezeigt verschaltet, gut bekannt. Wie hier nachfolgend detailliert beschrieben ist, verwendet das Leistungssystem 10 einen Algorithmus, der das Ansprechen auf einen nach oben gerichteten Übergang dahingehend verbessert, wie schnell der Brennstoffzellenstapel 12, die Batterie 18 und die Batterie 20 Leistung an das ETS 16 liefern können.
  • Die bekannten Leistungssysteme für Brennstoffzellenhybridfahrzeuge sprechen auf eine Anforderung nach einem nach oben gerichteten Leis tungsübergang dadurch an, dass eine erhöhte Leistung an den Kompressor 14 geliefert wird, um die Anforderung zu erfüllen. Jedoch kann es sein, dass der Kompressor 14 nicht seine maximale Leistung erhält, wobei der größte Teil der verfügbaren Leistung an das ETS 16 geliefert wird, um die Leistungsanforderung zu erfüllen. Die bekannten Leistungssysteme schließen auch das Gegendruckventil 26 zu Beginn des nach oben gerichteten Leistungsüberganges. Eine höhere Luftströmung an die Kathodenseite des Stapels 12 unterstützt eine höhere Stromdichte des Brennstoffzellenstapels, und ein höherer kathodenseitiger Druck erhöht die Stapelspannung. Daher ist es, um die hohe Leistung für die Anforderung nach einem nach oben gerichteten Leistungsübergang bereitzustellen, typischerweise notwendig, sowohl eine hohe Kathodenluftströmung als auch einen relativ hohen kathodenseitigen Druck zu haben.
  • Die vorliegende Erfindung schlägt eine alternative Technik zur Bereitstellung eines nach oben gerichteten Leistungsüberganges vor, die ermöglicht, dass das System 10 hohe Leistung an das ETS 16 schneller liefern kann, als es durch den Stand der Technik vorgesehen wurde. Die schnellste Art und Weise, um Stapelleistung aufzubauen, besteht darin, die Stapelstromdichte so schnell wie möglich zu erhöhen, wobei die Stapelstromdichte direkt mit der Kathodenluftströmung in Verbindung steht. Gemäß der Erfindung ist der Aufbau der Stapelstromdichte von dem kathodenseitigen Druck entkoppelt. Das Leistungssystem 10 verleiht dem Kompressor 14 während eines nach oben gerichteten Leistungsüberganges Leistungspriorität, um die richtige Kompressordrehzahl und daher den richtigen Luftmassendurchfluss für die gewünschte Stromdichte des Brennstoffzellenstapels 12 schnell bereitzustellen. Das System 10 hält auch den kathodenseitigen Druck des Stapels 12 niedrig, indem das Gegendruckventil 26 offen gehalten wird. Insbesondere wird das Gegendruckventil 26 beim Systemleerlauf vollständig oder nahezu vollständig geöffnet und wird während des nach oben gerichteten Leistungsüberganges in dem offenen oder Umgebungszustand beibehalten, bis die Stromdichte des Stapels bei oder nahe der Stromdichte für das gewünschte Leistungsniveau liegt. Durch Erhöhung des Kathodeneingangsluftdurchflusses auf das richtige Niveau bei einem nach oben gerichteten Leistungsübergang steigt die Stromdichte des Stapels 12 auf das gewünschte Stapelleistungsniveau. Anschließend wird das Gegendruckventil 26 danach geschlossen, um die Stapelspannung zu erhöhen und die gewünschten Stapelniveaus an relativer Feuchte und andere Faktoren bereitzustellen, um die von dem Stapel 12 erreichbare maximale Gesamtleistung bereitzustellen.
  • 2 ist ein Flussdiagramm 30, das einen Prozess der Erfindung zur schnellen Erhöhung der Leistung von dem Brennstoffzellenstapel 12 bei einer Anforderung nach einem nach oben gerichteten Übergang zu hoher Leistung zeigt. Der Algorithmus überwacht bei Kasten 32 die Fahrerleistungsanforderungen von dem ETS 16. Der Algorithmus bestimmt an der Entscheidungsraute 34, ob die Leistungsanforderung niedriger Leistung entspricht, wie Leerlauf. Wenn die Leistungsanforderung an der Entscheidungsraute 34 niedriger Leistung entspricht, dann bewirkt der Algorithmus bei Kasten 36, dass der Brennstoffzellenstapel 12 den Ladezustand der Niederspannungsbatterie 20 und der Hochspannungsbatterie 18 durch Laden auf ihr maximales Ladezustandsniveau beibehält und die angeforderte geringe Leistung an das ETS 16 unter Verwendung einer geringen Kompressordrehzahl bereitstellt. Ferner wird der Kathodenauslassdruck, der durch das Gegendruckventil 26 vorgesehen wird, bei Kasten 38 auf Umgebung, d.h. geöffnet, eingestellt, und der Algorithmus kehrt zu dem Kasten 32 zur Überwachung der Fahrerleistungsanforderung zurück.
  • Wenn die Leistungsanforderung bei der Entscheidungsraute 34 nicht niedriger Leistung entspricht, dann bestimmt der Algorithmus bei der Entscheidungsraute 42, ob die Leistungsanforderung einem nach oben gerichteten Übergang zu hoher Leistung entspricht, der einem vorbestimmten Wert entspricht. Wenn die Leistungsanforderung bei der Entscheidungsraute 42 einem nach oben gerichteten Übergang zu hoher Leistung entspricht, dann hält der Algorithmus das Gegendruckventil 26 des Kathodenauslasses bei dem Kasten 38 in der Umgebungsdruckposition und kehrt dann zu dem Kasten 32 zur Überwachung der Fahrerleistungsanforderung zurück. Ferner sendet der Algorithmus bei Kasten 46 die gesamte oder den größten Teil der verfügbaren Leistung an den Kompressor 14 bis zu der maximalen Leistung, die durch den Kompressor 14 akzeptiert wird, wie 13 kW, um die Drehzahl des Kompressors 14 so schnell wie möglich zu erhöhen. Die Leistung kann von dem Brennstoffzellenstapel 12, der Hochspannungsbatterie 18 als auch der Niederspannungsbatterie 20 stammen. Die Niederspannungsbatterie 20 wird typischerweise zum Systemstart verwendet und, um Zusatzleistung bereitzustellen, wenn das System 10 abgeschaltet ist. Jedoch kann gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung die Leistung von der Niederspannungsbatterie 20 auch durch den DC/DC-Verstärkungswandler 22 verstärkt werden, um die von dem Kompressor 14 benötigte Leistung zu unterstützen. Zusätzlich kann jegliche verbleibende Leistung, die die Leistungsgrenze des Kompressors 14 überschreitet, von dem Brennstoffzellenstapel 12, der Niederspannungsbatterie 20 und der Hochspannungsbatterie 18 dazu verwendet werden, das ETS 16 zu betreiben und damit das angeforderte Leistungsniveau zu erreichen.
  • Der Algorithmus bestimmt dann bei der Entscheidungsraute 48, ob die von dem ETS 16 erreichte Leistung gleich der Leistungsanforderung ist, um die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit bereitzustellen. Wenn die gewünschte Leistung bei der Entscheidungsraute 48 nicht erreicht worden ist, dann bestimmt der Algorithmus bei der Entscheidungsraute 50, ob die Ladung der Niederspannungsbatterie 20 oder der Hochspannungsbatterie 18 auf ihr minimales Ladezustandsniveau abgefallen ist. Wenn sich der Ladezustand entweder der Hochspannungsbatterie 18 oder der Niederspannungsbatterie 20 bei der Entscheidungsraute 50 nicht auf seinem minimalen Ladezustand befindet, dann kehrt der Algorithmus zu Kasten 46 zurück, um die gesamte verfügbare Leistung an den Kompressor 14 und die verbleibende Leistung an das ETS 16 zu liefern, wie oben beschrieben ist. Wenn der Ladezustand entweder der Hochspannungsbatterie 18 oder der Niederspannungsbatterie 20 an der Entscheidungsraute 50 auf sein minimales Ladezustandsniveau reduziert worden ist, dann ermöglicht der Algorithmus bei Kasten 52, dass der Brennstoffzellenstapel 12 entweder eine oder beide der Niederspannungsbatterie 20 oder der Hochspannungsbatterie 18 lädt, und liefert die verbleibende verfügbare Leistung von dem Stapel 12 an das ETS 16, um die Anforderung nach einem nach oben gerichteten Leistungsübergang bereitzustellen.
  • Wenn an der Entscheidungsraute 48 die erreichte Leistung gleich der Leistungsanforderung ist oder an der Entscheidungsraute 42 die Leistungsanforderung kein nach oben gerichteter Übergang zu hoher Leistung ist, dann bestimmt der Algorithmus bei der Entscheidungsraute 54, ob eine Anforderung nach einem vorbestimmten hohen Leistungsniveau vorhanden ist. Wenn an der Entscheidungsraute 54 keine Anforderung nach einem hohen Leistungsniveau vorhanden ist, dann kehrt der Algorithmus zu dem Kasten 38 zurück, um den Kathodenauslassdruck bei Umgebung beizubehalten. Wenn die Leistungsanforderung bei der Entscheidungsraute 54 hoher Leistung entspricht, dann bestimmt der Algorithmus bei der Entscheidungsraute 56, ob die erreichte Leistung für eine gewisse Zeitdauer gleich der Leistungsanforderung ist. Bei einem nicht beschränkenden Beispiel beträgt die Zeitdauer etwa 10 Sekunden. Wenn bei der Entscheidungsraute 56 die erreichte Leistung die Leistungsanforderung für weniger als die vorbestimmte Zeitdauer erreicht hat, dann kehrt der Algorithmus zu dem Kasten 38 zurück, um den Kathodenauslassdruck auf Umgebung zu halten. Wenn jedoch bei der Entscheidungsraute 56 die erreichte Leistung für länger als die vorbestimmte Zeitdauer der Leistungsanforderung entsprochen hat, dann führt der Algorithmus bei Kasten 58 ein Schließen oder teilweises Schließen des Gegendruckventils 26 aus, um den kathodenseitigen Druck, beispielsweise 145 kPa zu erhöhen, um die Spannung des Stapels 12 zu erhöhen, wie oben beschrieben ist, um die maximale Leistung bereitzustellen.
  • Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass dadurch, dass der Kathodendruck bei einem nach oben gerichteten Übergang zu hoher Leistung relativ niedrig gehalten wird, die relative Feuchte der Membranen in dem Stapel 12 besser beibehalten werden kann.
  • Um den Algorithmus der Erfindung zu veranschaulichen, können Werte für die Leistungsverteilung des Leistungssystems 10 vorgesehen werden. Beim Systemleerlauf beispielsweise bei t = –2,0 Sekunden, kann der Kompressor 14 eine Leistung von 1 kW von dem Brennstoffzellenstapel 12 aufnehmen, um den Leerlaufzustand aufrecht zu erhalten. Ferner liefern weder die Niederspannungsbatterie 20 noch die Hochspannungsbatterie 18 Leistung an das ETS 16. Auch kann der Brennstoffzellenstapel 12 eine Leistung von 1 kW an die Niederspannungsbatterie 20 liefern, um ihren Ladezustand auf einem maximalen Niveau zu halten, und der Stapel 12 kann eine Leistung von 3 kW an die Hochspannungsbatterie 18 liefern, um ihren Ladezustand auf einem maximalen Niveau zu halten.
  • Nach einer Anforderung nach einem nach oben gerichteten Leistungsübergang bei t = 0,1 Sekunden, beispielsweise einer Anforderung nach 90 kW Leistung, können Leistungssysteme nach dem Stand der Technik 7 kW an den Kompressor 14 von der Hochspannungsbatterie 18 liefern, wobei eine typische maximale Kompressorleistung etwa 13 kW beträgt, und der Stapel 12 kann 1 kW Leistung an das ETS 16 liefern und die Hochspannungsbatterie 18 kann 23 kW an das ETS 16 liefern, um den Leistungsbedarf zu erfüllen. Somit erhält der Kompressor 14 nicht ausreichend Leistung, um schnell genug hochzufahren.
  • Gemäß der Erfindung erhält während des Beginns eines nach oben gerichteten Übergangs zu hoher Leistung bei beispielsweise t = 0,1 Sekunden der Kompressor 14 13 kW, sein Maximum, von der Hochspannungsbatterie 18. Wenn die Batterie 18 nicht in der Lage ist, die maximale Kompressorleistung bereitzustellen, dann können eine oder beide der Niederspannungsbatterie 20 und des Brennstoffzellenstapels 12 die zusätzliche Leistung bereitstellen. Ferner kann der Brennstoffzellenstapel 12 1 kW zu dem ETS 16 liefern, die Niederspannungsbatterie 20 kann 2 kW zu dem ETS 16 liefern und die Hochspannungsbatterie 18 kann 17 kW zu dem ETS 16 liefern. Bei diesem Szenario nimmt der Kompressor 14 seine maximale Leistung auf, um die maximale Luftströmung so schnell wie möglich an den Stapel 12 zu liefern, und das ETS 16 nimmt die verbleibende verfügbare Leistung von den verschiedenen Leistungsquellen auf.
  • Bei etwa t = 3,0 Sekunden an dem Ende der Anforderung nach dem nach oben gerichtetem Leistungsübergang hat der Brennstoffzellenstapel 12 seine maximale Stromdichte erreicht und ist in der Lage, etwa 84 kW bereitzustellen, wobei der Kompressor 14 immer noch 13 kW Leistung aufnimmt. Ferner lädt nun der Brennstoffzellenstapel 12 die Hochspannungsbatterie 18 und die Niederspannungsbatterie 20 mit etwa 5 kW bzw. 1 kW.
  • Somit erhält der Kompressor 14 gemäß der Erfindung so viel Leistung, wie er aufnehmen kann, von allen verfügbaren Leistungsquellen, und das ETS 16 ist bei der Leistungsaufnahme sekundär. Das ETS 16 erhält bei einer Anforderung nach einem nach oben gerichteten Leistungsübergang unmittelbar nicht so viel Leistung, wie es bei dem System nach dem Stand der Technik der Fall wäre, erreicht jedoch die Leistungsanforderung schneller. Insbesondere dreht der Kompressor 14 schneller hoch, da er so viel Leistung erhält, wie er benötigt. Sobald die Drehzahl des Kompressors 14 hoch ist, wird er dazu verwendet, eine hohe Kathodenströmung bei geringer Leistung bereitzustellen, wobei der Druck später aufgebaut wird. Die Niederspannungsbatterie 20 und die Hochspannungsbatterie 18 entladen sich schneller, jedoch kann die Brennstoffzellenstapelleistung diese in einer ausreichend schnellen Zeitdauer wieder aufladen. Somit ist der Brennstoffzellenstapel 12 in der Lage, eine erhöhte Stromdichte schneller als bei den bekannten Systemen bereitzustellen.
  • Wie oben beschrieben ist, wird gemäß der Erfindung bei Niederleistungsbedingungen ein niedriger Sollwert des Kathodenauslassdruckes vorgesehen. Bei einem anschließenden nach oben gerichteten Leistungsübergang steigt der Sollwert des Kathodendruckes für eine kurze Zeitdauer nicht. Anschließend wird nach einigen Sekunden der Kathodendrucksollwert auf den schließlichen Druck erhöht, der bei dem Zustand mit höherer Leistung erforderlich ist. Als eine Alternative könnte der kathodenseitige Druck niedrig bleiben, bis das System 10 bestimmt, dass mehr Spannung von dem Stapel 12 benötigt wird. Da die Spannung mit dem Druck zunimmt, kann der Druck angehoben werden, bis entweder die Spannung erhalten wird oder ein vorbestimmter maximaler Druck erreicht wird. Wenn sich die Luftströmung aufbaut, bleibt das Gegendruckventil 26 vollständig offen. Die Drehzahl des Kompressors 14 wird so lange erhöht, bis die Rückkopplung von einem Massenstrommesser (nicht gezeigt) oder ei ner anderen Erfassungsvorrichtung den Kathodendrucksollwert erreicht, der erforderlich ist, um die angeforderte hohe Leistung zu unterstützen. Einige Zeit später, wenn die Druckaufbauphase beginnt, wird das Gegendruckventil 26 geschlossen. Durch Variation der Drehzahl des Kompressors 14 und der Position des Gegendruckventils 26 unter Verwendung des Kathodenauslassdruckes und des Luftmassenstromes kann das gesamte System bei Rückkopplung auf eine zusammenhängende Weise arbeiten.
  • Um eine bestimmte relative Stapelfeuchte bei niedriger/Leerlaufleistung beizubehalten und eine Stapelhaltbarkeit beizubehalten, ist die Kathodenstöchiometrie hoch genug, um die Stabilität beizubehalten, und die Kühlfluidauslasstemperatur wird abgesenkt, um den hohen Durchfluss zu kompensieren und eine gewünschte relative Feuchte beizubehalten. Das Problem besteht darin, dass bei einem nach oben gerichteten Leistungsübergang der Stapel 12 zur selben Zeit kalt ist, wenn die Kathodenstöchiometrie von etwa 5 auf etwa 1,8 fällt. Dies resultiert in einer augenblicklich hohen relativen Feuchte des Kathodenauslasses, typischerweise über 100 %. Wenn der Kathodenauslassdruck über den nach oben gerichteten Übergang hinweg niedrig gehalten wird, hilft dies, das nach oben gerichtete Ausbrechen der relativen Feuchte mit einem nach oben gerichteten Leistungsübergang zu reduzieren, was in einem besseren Kathodenwassermanagement resultiert.
  • Gemäß der Erfindung wird die gesamte Leistung von den verschiedenen Leistungsquellen bei einem nach oben gerichteten Leistungsübergang an den Kompressor 14 geliefert, so dass die Kompressordrehzahl und daher der Luftmassenstrom so schnell wie möglich zunehmen können. In dem Fall des Brennstoffzellenstapels 12 kann der Kompressor 14 so viel wie 13 kW verbrauchen. Wenn die Hochspannungsbatterie 18 groß genug ist, um den Rest des Systems in Betrieb zu halten und die gesamten 13 kW an den Kompressor 14 zu liefern, liefert diese dann die anfängliche Leistung direkt an das ETS 16. Wenn beispielsweise ein 1 kW parasitäre Lasten vorhanden sind und die Hochspannungsbatterie 18 10 kW leistet, dann sollte 1 kW genommen werden, um sicherzustellen, dass die parasitären Lasten des Systems angemessen unterstützt werden, jedoch sollten 9 kW direkt an den Kompressor 14 gehen. Dann liefert der Brennstoffzellenstapel 12 die gesamte Startleistung. Bei einem zweiten Beispiel wird, wenn die Hochspannungsbatterie 18 30 kW liefert, dann immer noch 1 kW genommen, um sicherzustellen, dass die parasitären Lasten des Systems angemessen unterstützt sind, 13 kW gehen zuerst an den Kompressor 14 und jegliche verbleibende Leistung wird an das ETS 16 geliefert, allgemein bis zu 16 kW. Ferner verstärkt der DC/DC-Verstärkungswandler 22 die Niederspannungsbatterie 20 auf eine hohe Spannung. Der Verstärkungswandler 22 sieht somit Vorteile zum Start des Brennstoffzellenstapels 12 vor. Jedoch schlägt die vorliegende Erfindung vor, dass diese Erfindung auch während des Betriebs ähnlich des Gebrauchs der Hochspannungsbatterie verwendet werden kann.
  • Bei einem nach oben gerichteten Leistungsübergang wird die gesamte Leistung, die der DC/DC-Verstärkungswandler 22 liefern kann, zuerst dem Kompressor 14 zugeteilt, und dann dem ETS 16. Insgesamt ist es eine wichtige Betrachtung, dass der Kompressor 14 stets Leistung mit der höchsten Priorität neben den kritischen Komponenten des Systems, wie dem 12-Volt-Bus (nicht gezeigt) aufnimmt. Wenn der Übergang vorüber ist oder die Batterien 18 und 20 unter den vorbestimmten minimalen Ladezustand entladen werden, was auch immer zuerst stattfindet, sollte sich das System 10 dann selbst anpassen, um die Batterien 18 und 20 teilweise zu laden und jegliche angeforderte Leistung an das ETS 16 zu liefern.
  • Der Kompressor 14 stellt typischerweise die langsamste Komponente zum Ansprechen bei einer Anforderung nach einem nach oben gerichteten Leistungsübergang dar. Jedoch betreibt dieser grundsätzlich einen der wichtigsten Aspekte des Brennstoffzellensystems, d.h. die Unterstützung der Reaktion mit Luft. Das Ziel sollte darin bestehen, den Kompressor 14 auf den gewünschten Durchfluss zu drehen, der erforderlich ist, um die Leistungsanforderung so schnell wie möglich zu unterstützen, sogar, wenn dies bedeutet, dass die Batterien 18 und 20 für Hunderstel von Millisekunden oder einige wenige kurze Sekunden weniger Leistung an das ETS 16 liefern können.
  • Die vorhergehende Diskussion offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann erkennt leicht aus einer derartigen Diskussion und aus den begleitenden Zeichnungen und Ansprüchen, dass verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Variationen darin ohne Abweichung von dem Erfindungsgedanken und dem Schutzumfang der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert ist, durchgeführt werden können.

Claims (21)

  1. Verfahren (30) zur Lieferung von Leistung in einem Brennstoffzellensystem (10), wobei das Verfahren (30) umfasst, dass: bestimmt wird (42), ob ein nach oben gerichteter Leistungsübergang von dem Brennstoffzellensystem (10) angefordert wird; eine vorbestimmte maximale Leistung an den Kompressor (14) geliefert wird (46), der eine Luftströmung an dem Brennstoffzellenstapel (12) liefert, um so die Stapelstromdichte so schnell wie möglich zu erhöhen; der Druck einer Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels (12) während des nach oben gerichteten Leistungsüberganges niedrig beibehalten wird (38); und der Druck der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels (12) bei oder nahe dem Ende des nach oben gerichteten Leistungsüberganges erhöht wird (58), so dass die Stromdichte des Stapels (12) relativ schnell ansteigt und die Spannung des Stapels (12) bei oder nahe dem Ende des nach oben gerichteten Leistungsüberganges ansteigt, um eine maximale Leistung bereitzustellen.
  2. Verfahren (30) nach Anspruch 1, wobei das Liefern (46) einer vorbestimmten maximalen Leistung an den Kompressor (14) umfasst, dass Leistung von einer Hochspannungsbatterie (18) geliefert wird.
  3. Verfahren (30) nach Anspruch 2, wobei das Liefern (46) einer vorbestimmten maximalen Leistung an den Kompressor (14) auch umfasst, dass Leistung von einer Niederspannungsbatterie (20) und dem Brennstoffzellenstapel (12) geliefert werden.
  4. Verfahren (30) nach Anspruch 2, ferner umfassend, dass der Brennstoffzellenstapel (12) verwendet wird (52), um die Hochspannungsbatterie (18) zu laden, wenn sie während des nach oben gerichteten Leistungsüberganges einen vorbestimmten minimalen Ladezustand erreicht.
  5. Verfahren (30) nach Anspruch 4, ferner umfassend, dass die verfügbare Leistung von dem System verwendet wird (46), um als erstes die vorbestimmte maximale Leistung an den Kompressor (14) zu liefern, als zweites die Hochspannungsbatterie (18) zu laden (50) und als drittes die Leistungsanforderung zu erfüllen (48).
  6. Verfahren (30) nach Anspruch 1, wobei das Erhöhen (58) des Druckes der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels (12) umfasst, dass eine vorbestimmte Zeitdauer, nachdem die Brennstoffzellensystemleistung die Leistungsanforderung erreicht hat, abgewartet wird (56), um den kathodenseitigen Druck zu erhöhen.
  7. Verfahren (30) nach Anspruch 6, wobei die vorbestimmte Zeitdauer etwa 10 Sekunden beträgt.
  8. Verfahren (30) nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass jegliche verbleibende Leistung verwendet wird (46), um die Leistungsanforderung über diejenige Leistung hinaus zu erfüllen, die an den Kompressor (14) geliefert wird.
  9. Verfahren (30) nach Anspruch 1, wobei die Leistungsanforderung dazu dient, Leistung an ein elektrisches Traktionssystem (16) an einem Brennstoffzellenhybridfahrzeug zu liefern.
  10. Brennstoffzellensystem (10) mit: einem Brennstoffzellenstapel (12) mit einer Kathodeneingangsleitung und einer Kathodenausgangsleitung; einem Gegendruckventil (26), das an der Kathodenausgangsleitung positioniert ist; einem Kompressor (14) zur Lieferung von Kathodenluft an die Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels (12) auf der Kathodeneingangsleitung; einem elektrischen Energiespeichersystem (18) für hohe Spannung; einem elektrischen Traktionssystem (16); und einem Hochspannungsbus (24) zur Verteilung von Leistung zwischen dem Brennstoffzellenstapel (12), dem Kompressor (14), dem elektrischen Energiespeichersystem (18) und dem elektrischen Traktionssystem (16), wobei das Brennstoffzellensystem (10) bestimmt, ob ein nach oben gerichteter Leistungsübergang angefordert ist, und wenn dies der Fall ist, eine vorbestimmte maximale Leistung an den Kompressor (14) liefert, um so eine Stapelstromdichte so schnell wie möglich zu erhöhen, den Druck der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels (12) während des nach oben gerichteten Leistungsüberganges niedrig beibehält und den Druck der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels (12) bei oder nahe dem Ende des nach oben gerichteten Leistungsüberganges erhöht, so dass die Stromdichte des Stapels relativ schnell zunimmt und die Spannung des Stapels (12) bei oder nahe dem Ende des nach oben gerichteten Leistungsüberganges zunimmt, um eine maximale Leistung bereitzustellen.
  11. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 10, wobei das elektrische Energiespeichersystem (18) die vorbestimmte maximale Leistung an den Kompressor (14) liefert.
  12. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 11, ferner mit einer Niederspannungsbatterie (20), wobei die Niederspannungsbatterie (20) und der Brennstoffzellenstapel (12) auch die vorbestimmte maximale Leistung an den Kompressor 14 liefern.
  13. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 11, wobei der Brennstoffzellenstapel (12) das elektrische Energiespeichersystem (18) lädt, wenn es während des nach oben gerichteten Leistungsüberganges einen vorbestimmten minimalen Ladezustand erreicht.
  14. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 13, ferner umfassend, dass die verfügbare Leistung von dem Brennstoffzellensystem (10) verwendet wird, um als erstes die vorbestimmte maximale Leistung an den Kompressor (14) zu liefern, als zweites das elektrische Energiespeichersystem (18) zu laden und als drittes die Leistungsanforderung zu erfüllen.
  15. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 10, wobei das Erhöhen des Druckes der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels (12) umfasst, dass eine vorbestimmte Zeitdauer, nachdem die Leistung des elektrischen Traktionssystems die Leistungsanforderung erreicht hat, abgewartet wird, um den kathodenseitigen Druck zu erhöhen.
  16. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 15, wobei die vorbestimmte Zeitdauer etwa 10 Sekunden beträgt.
  17. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 10, ferner umfassend, dass verbleibende Leistung dazu verwendet wird, die Leistungsanforderung über diejenige Leistung hinaus zu erfüllen, die an den Kompressor (14) geliefert wird.
  18. Brennstoffzellensystem (10) mit: einem Brennstoffzellenstapel (12), der eine Kathodeneingangsleitung und eine Kathodenausgangsleitung aufweist; einem Gegendruckventil (26), das an der Kathodenausgangsleitung positioniert ist; einem Kompressor (14) zur Lieferung von Kathodenluft an die Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels (12) auf der Kathodeneingangsleitung; einem elektrischen Energiespeichersystem (18) für hohe Spannung; einem elektrischen Traktionssystem (16); und einem Hochspannungsbus (24) zur Verteilung von Leistung zwischen dem Brennstoffzellenstapel (12), dem Kompressor (14), dem elektrischen Energiespeichersystem (18) und dem elektrischen Traktionssystem (16), wobei das Brennstoffzellensystem (10) bestimmt, ob ein nach oben gerichteter Leistungsübergang angefordert ist, und wenn dies der Fall ist, den Aufbau der Stapelstromdichte von dem kathodenseitigen Druck entkoppelt, indem Luft von dem Kompressor (14) schnell geliefert wird und das Gegendruckventil (26) offen oder nahezu offen gehalten wird.
  19. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 18, wobei das Brennstoffzellensystem (10) gegebenenfalls eine maximale Kompressorleistung an den Kompressor (14) von allen verfügbaren Leistungsquellen liefert.
  20. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 19, ferner mit einer Niederspannungsbatterie (20), wobei der Kompressor (14) Leistung von sowohl dem Brennstoffzellenstapel (12), dem elektrischen Traktionssystem (16) als auch der Niederspannungsbatterie (20) erhält.
  21. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 18, wobei das Brennstoffzellensystem (10) das Gegendruckventil (26) schließt, nachdem die Leistungsanforderung für eine vorbestimmte Zeitdauer erreicht worden ist.
DE102007048867A 2006-10-16 2007-10-11 Verfahren zur Lieferung von Leistung in einem Brennstoffzellensystem Active DE102007048867B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/549,766 2006-10-16
US11/549,766 US7695839B2 (en) 2006-10-16 2006-10-16 Method for improved power up-transient response in the fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102007048867A1 true DE102007048867A1 (de) 2008-04-30
DE102007048867B4 DE102007048867B4 (de) 2011-05-12

Family

ID=39247198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007048867A Active DE102007048867B4 (de) 2006-10-16 2007-10-11 Verfahren zur Lieferung von Leistung in einem Brennstoffzellensystem

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7695839B2 (de)
JP (1) JP4778492B2 (de)
CN (1) CN101222062B (de)
DE (1) DE102007048867B4 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009050934B4 (de) * 2008-10-31 2017-01-12 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Verfahren und System für Abhilfemassnahmen in dem Fall des Ausfalls eines Kathodenbypassventils in einem Brennstoffzellensystem
DE102015012047A1 (de) 2015-09-15 2017-03-16 Daimler Ag Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9496572B2 (en) * 2007-09-21 2016-11-15 GM Global Technology Operations LLC Closed-loop method for fuel cell system start-up with low voltage source
KR100974759B1 (ko) * 2007-10-26 2010-08-06 현대자동차주식회사 연료전지 하이브리드 차량의 시퀀스 제어방법
KR101467788B1 (ko) * 2007-12-11 2014-12-03 엘지전자 주식회사 랜덤 선형 부호화를 이용하는 통신방법 및 장치
KR100992654B1 (ko) * 2008-11-25 2010-11-05 기아자동차주식회사 연료전지 차량의 공기블로워 온/오프 제어방법
US8273491B2 (en) 2009-10-08 2012-09-25 GM Global Technology Operations LLC Method to reduce time until acceptable drive away in a fuel cell system
US8951684B2 (en) * 2009-10-08 2015-02-10 GM Global Technology Operations LLC Control detection method to enable gas composition observing during fuel cell system startup
US9005830B2 (en) * 2010-02-16 2015-04-14 GM Global Technology Operations LLC Freeze start operation in a fuel cell with a blocked anode cell
JP5510060B2 (ja) * 2010-05-20 2014-06-04 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
JP5409702B2 (ja) * 2011-05-18 2014-02-05 本田技研工業株式会社 燃料電池車両
US20130158904A1 (en) * 2011-12-16 2013-06-20 Lear Corporation Apparatus and method for assessing the integrity of analog-digital converter
US20130209906A1 (en) * 2012-02-13 2013-08-15 GM Global Technology Operations LLC Reactant control method for a fuel cell system in idle-stop mode
CN102931422B (zh) * 2012-11-06 2014-10-22 武汉理工大学 一种车用燃料电池空气供给装置的控制方法
DE102014201335A1 (de) * 2014-01-24 2015-07-30 Volkswagen Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle sowie Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Brennstoffzelle und Kraftfahrzeug mit Brennstoffzellenvorrichtung
KR101857470B1 (ko) * 2016-04-18 2018-05-14 현대자동차주식회사 공기 유량 제어 방법 및 시스템
CN110970642B (zh) * 2019-07-29 2021-07-27 北京亿华通科技股份有限公司 一种燃料电池的空气系统控制方法
CN111092247B (zh) * 2019-12-31 2021-07-09 上海神力科技有限公司 一种燃料电池电堆的水管理方法
CN111244508B (zh) * 2020-01-16 2021-12-28 深圳市南科动力科技有限公司 一种高响应燃料电池系统控制方法
CN111342086B (zh) * 2020-02-29 2022-10-25 同济大学 一种燃料电池空气过氧比与流量压力协同控制方法及系统
CN111430750B (zh) * 2020-04-02 2023-02-17 重庆大学 一种预测式燃料电池汽车电堆阳极压力智能控制系统
CN115579494B (zh) * 2022-12-07 2023-03-14 中国汽车技术研究中心有限公司 一种燃料电池系统瞬态控制方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3580283B2 (ja) * 2001-11-30 2004-10-20 日産自動車株式会社 車両用燃料電池システムの制御装置
JP4806886B2 (ja) 2003-05-16 2011-11-02 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムの運転制御
US8057929B2 (en) * 2003-10-20 2011-11-15 GM Global Technology Operations LLC Regenerative compressor motor control for a fuel cell power system
JP4701624B2 (ja) * 2004-04-08 2011-06-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4498845B2 (ja) * 2004-07-16 2010-07-07 本田技研工業株式会社 燃料電池の排出ガス処理装置
KR101070906B1 (ko) * 2004-10-01 2011-10-06 설승기 분산 발전 시스템 및 그 제어 방법
JP2006156165A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムの制御装置及び制御方法
US20060147770A1 (en) * 2005-01-04 2006-07-06 Bernd Krause Reduction of voltage loss caused by voltage cycling by use of a rechargeable electric storage device
US8835065B2 (en) * 2006-09-29 2014-09-16 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell startup method for fast freeze startup

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009050934B4 (de) * 2008-10-31 2017-01-12 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Verfahren und System für Abhilfemassnahmen in dem Fall des Ausfalls eines Kathodenbypassventils in einem Brennstoffzellensystem
DE102015012047A1 (de) 2015-09-15 2017-03-16 Daimler Ag Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007048867B4 (de) 2011-05-12
US20080187804A1 (en) 2008-08-07
CN101222062B (zh) 2011-01-12
JP4778492B2 (ja) 2011-09-21
US7695839B2 (en) 2010-04-13
CN101222062A (zh) 2008-07-16
JP2008103333A (ja) 2008-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007048867B4 (de) Verfahren zur Lieferung von Leistung in einem Brennstoffzellensystem
DE102006059641B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Verringern schneller Spannungsübergänge zur Erhöhung der Haltbarkeit des Brennstoffzel- lensystems
DE102013104324B4 (de) Wirkungsgradbasierender Stand-by-Betrieb für Brennstoffzellenantriebssysteme
DE102007044640B4 (de) Verfahren zur adaptiven Vorhersage einer Stapelspannung in Kraftfahrzeug-Brennstoffzellensystemen und Brennstoffzellensystem
DE112005003300B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Reduzierung eines Spannungsverlusts, der durch eine Spannungswechselbelastung bewirkt wird, durch Verwendung einer wiederaufladbaren elektrischen Speichervorrichtung
DE102007051819A1 (de) Wirkungsgradoptimierte Hybridbetriebsstrategie
DE112008003416B4 (de) Brennstoffbatterie-System
DE112005003104T5 (de) Hybridbrennstoffzellensystem mit Batterie-Kondensator-Energiespeichersystem
DE102007026329B4 (de) Brennstoffzellensystem und dessen Verwendung sowie Verfahren zum Verteilen von Leistung zwischen einem Brennstoffzellenstapel und einer Batterie in einem Brennstoffzellensystem
DE102011014969B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems in einem Standby-Modus
DE112008001827B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zu seiner Steuerung
DE102012203344A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102013224604A1 (de) Verfahren zum Stoppen eines elektrischen Leistungssystems eines Fahrzeugs
DE102009057777B4 (de) Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems in einer Bereitschaftsbetriebsart sowie entsprechend ausgebildetes Brennstoffzellensystem
DE102008047868A1 (de) Steuersystem und -Verfahren zum Start eines Brennstoffzellenstapels mit Niedrigspannungsquelle
DE102006035851A1 (de) Brennstoffzellensystem und Lademengeneinstellverfahren für Energiespeicher
DE102017219141A1 (de) Betriebssteuerverfahren eines Brennstoffzellensystems
DE112009000223T5 (de) Brennstoffzellensystem
WO2018130343A1 (de) Verfahren und steuereinheit zur konditionierung eines brennstoffzellenstapels
DE102013112534A1 (de) Variable PEM-Brennstoffzellensystemstartzeit zur Optimierung der Systemeffizienz und Systemleistungsfähigkeit
DE102011013403B4 (de) Brennstoffzellensystem mit einer Spannungssteuerung eines Hochspannungsbus in Brennstoffzellenfahrzeugen mit Hochspannungsleistungsquelle
DE102015200473B4 (de) Verfahren zum Überführen eines Brennstoffzellensystems in einen Stand-by-Modus sowie entsprechendes Brennstoffzellensystem
DE102013108067B4 (de) Stromversorgung eines Brennstoffzellenstapels während des Stand-by-Betriebs
DE102008047387B4 (de) Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellenstapels
EP1848057A1 (de) Stromversorgungssystem mit Reformer-Brennstoffzellen-System und Batterie

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8180 Miscellaneous part 1

Free format text: PFANDRECHT

8180 Miscellaneous part 1

Free format text: PFANDRECHT AUFGEHOBEN

8180 Miscellaneous part 1

Free format text: PFANDRECHT

8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS LLC , ( N. D. , US

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS LLC (N. D. GES, US

Free format text: FORMER OWNER: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS, INC., DETROIT, MICH., US

Effective date: 20110323

R020 Patent grant now final

Effective date: 20110813