DE102008006739A1 - Compressor system for a fuel cell assembly, fuel cell assembly and method of control - Google Patents

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Andreas Dipl.-Ing. Knoop
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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verdichtersystem, eine Brennstoffzellenanordnung mit dem Verdichtersystem sowie ein Verfahren zur Kontrolle eines bzw. des Verdichtersystems vorzuschlagen, wobei sich die Neuerung durch die Möglichkeit einer Verringerung der benötigten Bauteile und/oder eines verbesserten Teilwirkungsgrads auszeichnet. Hierzu wird ein Verdichtersystem 12 für eine Brennstoffzellenanordnung zur Versorgung von Brennstoffzellen 10 der Brennstoffzellenanordnung mit einem Oxidanten vorgeschlagen, mit einer Verdichtungsvorrichtung 13 zur Verdichtung des Oxidanten, wobei die Charakteristika der Verdichtungsvorrichtung 13 mittels eines Verdichterkennfelds 1 und einer Pumpgrenzlinie 5, welche das Verdichterkennfeld 1 in einen stabilen I und einen instabilen II Bereich unterteilt, beschreibbar sind, mit einer Kontrollvorrichtung 15, welche ausgebildet ist, die Verdichtungsvorrichtung 13 entlang einer Betriebskennlinie 6 zu kontrollieren, wobei die Betriebskennlinie 6 zumindest abschnittsweise um einen Abstandswert von der Pumpgrenzlinie 5 versetzt ist, wobei der Abstandswert eine drehzahlabhängige Komponente umfasst, welche abhängig von der Drehzahl der Verdichtungsvorrichtung 13 ist.The invention is based on the object to propose a compressor system, a fuel cell assembly with the compressor system and a method for controlling one or the compressor system, wherein the innovation is characterized by the possibility of reducing the required components and / or an improved partial efficiency. For this purpose, a compressor system 12 is proposed for a fuel cell assembly for supplying fuel cells 10 of the fuel cell assembly with an oxidant, with a densification device 13 for densification of the oxidant, the characteristics of the compression device 13 by means of a compressor map 1 and a surge boundary line 5, which the compressor map 1 in a Stable I and an unstable II area are described, with a control device 15, which is designed to control the compression device 13 along an operating characteristic 6, wherein the operating characteristic 6 is offset at least in sections by a distance value from the surge boundary line 5, wherein the distance value a speed-dependent component which is dependent on the rotational speed of the compression device 13.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verdichtersystem für eine Brennstoffzellenanordnung zur Versorgung von Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung mit einem Oxidanten, mit einer Verdichtungsvorrichtung zur Verdichtung des Oxidanten, wobei die Charakteristika der Verdichtungsvorrichtung mittels eines Verdichterkennfelds und einer Pumpgrenzlinie, welche das Verdichterkennfeld in einen stabilen und einen instabilen Bereich unterteilt, beschreibbar sind, mit einer Kontrollvorrichtung, welches ausgebildet ist, die Verdichtungsvorrichtung entlang einer Betriebskennlinie zu kontrollieren, wobei die Betriebskennlinie zumindest abschnittsweise um einen Abstandswert von der Pumpgrenzlinie versetzt ist. Die Erfindung betrifft weiter eine Brennstoffzellenanordnung mit dem Verdichtersystem sowie ein Verfahren zur Kontrolle eines oder des Verdichtersystems.The The invention relates to a compressor system for a fuel cell assembly for supplying fuel cells of the fuel cell assembly with an oxidant, with a densification device for densification of the oxidant, the characteristics of the compacting device by means of a compressor map and a surge boundary line, which the compressor map into a stable and an unstable area subdivided, writable, with a control device which is formed, the compression device along an operating characteristic to control, with the operating characteristic at least in sections offset by a distance value from the surge boundary line. The invention further relates to a fuel cell assembly with the compressor system and a method of controlling one or the compressor system.

Brennstoffzellenanordnungen sind mobile oder stationäre Energiegeneratoren, welche durch eine Umsetzung von chemischer Energie in elektrische Energie die Versorgung eines Energieverbrauchers mit Strom erlauben. Die Umsetzung erfolgt über einen elektro-chemischen Prozess, wobei ein Brennstoff, meist Wasserstoff, mit einem Oxidanten, Sauerstoff, insbesondere Umgebungsluft, katalytisch verbrannt wird. Mit der Technologie der Brennstoffzellenanordnungen ist es beispielsweise möglich, konventionelle Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen durch brennstoffzellenversorgte Elektromotoren zu ersetzen oder zumindest Hybridbauweisen zu realisieren, um abgasarme bzw. -lose Fahrzeuge für den Alltagsgebrauch bereit zu stellen.fuel cell assemblies are mobile or stationary power generators, which by converting chemical energy into electrical energy allow the supply of electricity to an energy consumer. The Implementation takes place via an electro-chemical process, being a fuel, mostly hydrogen, with an oxidant, oxygen, in particular ambient air, is catalytically burned. With the Technology of the fuel cell assemblies, for example possible, conventional internal combustion engines in vehicles by to replace fuel cell powered electric motors or at least Hybrid designs to realize low-emission or -lose vehicles ready for everyday use.

Eine wirtschaftliche und damit alltagstaugliche Betriebsweise von Brennstoffzellenanordnungen erscheint nur dann möglich, wenn alle Einzelkomponenten der Brennstoffzellenanordnungen für ihren Anwendungszweck optimal ausgelegt sind. Ähnlich wie bei dem Verbrennungsmotor muss eine besondere Aufmerksamkeit auf die Versorgung der Brennstoffzellen mit den Arbeitsgasen bzw. den Brennstoffen gelegt werden.A economical and thus suitable for everyday use mode of operation of fuel cell assemblies appears only possible if all individual components of the fuel cell assemblies are optimally designed for their application. Similar to When the internal combustion engine needs special attention the supply of fuel cells with the working gases or the Fuels are laid.

Die Druckschrift DE 10120947 A1 offenbart beispielsweise eine Brennstoffzellen-Luftversorgung, welche einen zweistufigen Verdichter zur Verdichtung von Umgebungsluft als Oxidanten für die Brennstoffzellen umfasst. Der Verdichter weist zwei hintereinander geschaltete Strömungsmaschinen auf, die beispielsweise als Radialverdichter ausgebildet sind. Der Betriebsbereich des Verdichters wird zu den niederen Massendurchsätzen durch die sogenannte Pumpgrenze beschränkt, welche einen stabilen Bereich in einem Massenstrom-Verdichtungs-Diagramm von einem instabilen Bereich trennt. In der Druckschrift wird vorgeschlagen, dass bei niedrigen Massenströmen durch Zuschaltung einer Abzweigungsleitung nach dem Verdichter ein Teil des Massenstroms abgezweigt wird, um den Massenstrom durch den Verdichter künstlich zu erhöhen und damit einen Eintritt des Verdichters in den instabilen Bereich zu vermeiden.The publication DE 10120947 A1 for example, discloses a fuel cell air supply that includes a two-stage compressor for compressing ambient air as an oxidant for the fuel cells. The compressor has two sequentially connected turbomachines, which are designed for example as a radial compressor. The operating range of the compressor is limited to the low mass flow rates by the so-called surge limit, which separates a stable region in a mass flow compression diagram from an unstable region. In the document it is proposed that at low mass flows by connecting a branch line after the compressor part of the mass flow is diverted to artificially increase the mass flow through the compressor and thus to prevent entry of the compressor in the unstable region.

Die Druckschrift mit der Anmeldenummer DE 10 2004 035 575.4 , welche wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem Verdichter, insbesondere mit einem Abgasturbolader zur Verdichtung der angesaugten Luft, wobei ein Sicherheitsabstand zur Pumpgrenze dynamisch in Abhängigkeit der Volumenstromänderung am Verdichter und/oder der Druckänderung am Verdichteraustritt angepasst wird. Diese Druckschrift geht von dem Standpunkt aus, dass zur Gewährleistung eines sicheren Betriebes jederzeit ein Sicherheitsabstand des Betriebspunktes des Verdichters von der Pumpgrenze einzuhalten ist, jedoch der Sicherheitsabstand in Abhängigkeit der Fahrdynamik automatisch angepasst werden kann.The publication with the application number DE 10 2004 035 575.4 , which probably forms the closest prior art, describes a method and an apparatus for controlling an internal combustion engine with a compressor, in particular with an exhaust gas turbocharger for compressing the intake air, with a safety margin to the surge limit dynamically depending on the volume flow change to the compressor and / or the Pressure change is adapted to the compressor outlet. This document is based on the viewpoint that to ensure safe operation at any time a safety distance of the operating point of the compressor from the surge line is to be maintained, however, the safety margin can be adjusted automatically depending on the driving dynamics.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verdichtersystem, eine Brennstoffzellenanordnung mit dem Verdichtersystem sowie ein Verfahren zur Kontrolle eines bzw. des Verdichtersystems vorzuschlagen, wobei sich die Neuerung durch die Möglichkeit einer Verringerung der benötigten Bauteile und/oder eines verbesserten Teilwirkungsgrads auszeichnet.Of the Invention is based on the object, a compressor system, a Fuel cell assembly with the compressor system and a method for To propose control of a compressor or the system, wherein the innovation is due to the possibility of a reduction the required components and / or an improved partial efficiency distinguished.

Die Aufgabe wird durch ein Verdichtersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Brennstoffzellenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sowie durch ein Verfahren zur Kontrolle mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüche, der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.The The object is achieved by a compressor system having the features of the claim 1, a fuel cell assembly having the features of the claim 12 and by a method of checking with the characteristics of the Claim 13 solved. Preferred or advantageous embodiments The invention will become apparent from the dependent claims, the following Description and / or the attached figures.

Im Rahmen der Erfindung wird ein Verdichtersystem für eine Brennstoffzellenanordnung vorgeschlagen, welches zur Versorgung der Brennstoffzellen mit einem Oxidanten, also beispielsweise Umgebungsluft, ausgebildet ist. Die Brennstoffzellen sind bevorzugt in Brennstoffzellenstapeln mit mindestens 100, vorzugsweise mindestens 150 Brennstoffzellen organisiert. Bei einer bevorzugten Realisierung weist jede Brennstoffzelle einen Anoden- und einen Kathodenbereich auf, welche durch eine Membran, insbesondere durch eine PEN (Proton-Exchange-Membrane) voneinander getrennt sind. Das Verdichtersystem ist bevorzugt ausgebildet, den Oxidanten von einem Ausgangszustand durch Energieübertrag in einen Verbrauchszustand zu überführen. Bevorzugt weist der Oxidant in dem Verbrauchszustand gegenüber dem Ausgangszustand einen höheren Druck und/oder eine höhere Geschwindigkeit auf.In the context of the invention, a compressor system for a fuel cell arrangement is proposed, which is designed to supply the fuel cells with an oxidant, that is, for example, ambient air. The fuel cells are preferably organized in fuel cell stacks with at least 100, preferably at least 150 fuel cells. In a preferred embodiment, each fuel cell has an anode region and a cathode region, which are separated from one another by a membrane, in particular by a PEN (proton exchange membrane). The compressor system is preferably designed to convert the oxidant from an initial state by energy transfer into a consumption state. The oxidant preferably has a higher pressure in the consumption state than the initial state and / or a higher speed.

Dieser Energieübertrag, auch Verdichten genannt, erfolgt mittels einer Verdichtungsvorrichtung, wobei deren Betriebseigenschaften über ein Verdichterkennfeld mit einer Pumpgrenzlinie modellhaft beschreibbar ist.This Energy transfer, also called compacting, by means of a compacting device, the operating characteristics of which over a compressor map with a surge limit line modeled describable is.

Das Verdichterkennfeld wird bevorzugt als Kennlinienfeld aufgetragen, wobei sich die unterschiedlichen Kennlinien durch unterschiedliche Drehzahlen der Verdichtungsvorrichtung unterscheiden und/oder als Iso-Drehzahllinien ausgebildet sind. Die Kennlinien werden – ebenfalls bevorzugt – gegenüber dem Massenstrom und dem Druckverhältnis des Oxidanten im Ausgangszustand und im Verbrauchszustand aufgetragen. Der Massenstrom – auch Durchsatz genannt – wird beispielsweise in [kg/s] und das Druckverhältnis als der Quotient Ausgangszustandsdruck/Verbrauchszustandsdruck, also dimensionslos, angegeben.The Compressor map is preferably plotted as a characteristic field, wherein the different characteristics by different Distinguish speeds of the compacting device and / or as Iso speed lines are formed. The characteristics are - also preferred - compared to the mass flow and the Pressure ratio of the oxidant in the initial state and in the Consumption applied. The mass flow - also throughput called - for example, in [kg / s] and the pressure ratio as the quotient output state pressure / consumption state pressure, So dimensionless, indicated.

Die Pumpgrenzlinie trennt Arbeitspunkte, also Massenstrom-Druckverhältnis-Tupel, in einen stabilen und in einen instabilen Bereich auf. Prinzipbedingt sind bei als Strömungsmaschinen ausgebildeten Verdichtungsvorrichtungen der geförderte Massenstrom und der maximale Druckaufbau miteinander gekoppelt. Die Kopplung wird durch aerodynamische Komponenten, wie z. B. Verdichterrad, Verdichterspirale, Diffusor, Brennstoffzellen etc. festgelegt. Es ist jedoch nicht jeder beliebiger Arbeitspunkt tatsächlich erreichbar, vielmehr kommt es bei gleichbleibender Drehzahl und sich verringernden Massenstrom irgendwann zu messbaren Druck- und/oder Volumenstromschwankungen, also Instabilitäten. Die Instabilitäten werden im Wesentlichen durch zu hohe Verzögerungen der Strömung in der Verdichtungsvorrichtung hervorgerufen. Wird der Massenstrom weiter vermindert, so führt dies zu einer Strömungsablösung in der Verdichtergeometrie und zum sogenannten Pumpen. Das Pumpen ist gekennzeichnet durch ein insbesondere zyklisches Fördern und Rückströmen des komprimierten Mediums, üblicherweise begleitet von hohen Vibrationen etc.The Surge line separates operating points, ie mass flow pressure ratio tuples, in a stable and in an unstable area. Due to the principle are in compression devices designed as turbomachines the pumped mass flow and the maximum pressure build-up coupled together. The coupling is made by aerodynamic components, such as B. compressor wheel, compressor spiral, diffuser, fuel cells etc. set. However, not every working point is actually achievable, but it comes at a constant speed and decreasing mass flow at some point to measurable pressure and / or volumetric flow fluctuations, so instabilities. The instabilities will be essentially due to excessive delays in the flow caused in the compacting device. If the mass flow continues reduced, this leads to a flow separation in the compressor geometry and for so-called pumping. The pumping is characterized by a particular cyclical conveying and backflow of the compressed medium, usually accompanied by high vibrations etc.

Eine Pumpgrenze bzw. Pumpgrenzlinie wird gemäß einer ersten möglichen Definition als Grenzlinie zu dem Bereich gelegt, in dem die geschilderten Instabilitäten vorliegen und diesen bereits als instabilen Bereich von dem stabilen Bereich abtrennen. Gemäß einer zweiten, möglichen Definition wird die Pumpgrenze bzw. Pumpgrenzlinie als Grenzlinie zu dem Bereich gelegt, in dem das sogenannte Pumpen bereits auftritt, der Bereich der Instabilitäten jedoch noch zu dem stabilen Bereich zugeordnet. Alternativ oder ergänzend beschreibt die Pumpgrenze bzw. Pumpgrenzlinie den maximalen Druckaufbau bei einem bestimmten Massenstrom und einer bestimmten oder angepassten Drehzahl der Verdichtungsvorrichtung.A Pump limit or surge line is according to a first possible definition as a boundary line to the area in which the described instabilities are present and this already as an unstable area from the stable area split off. According to a second, possible Definition is the surge limit or surge line as a limit placed to the area where the so-called pumping already occurs however, the range of instabilities is still stable Assigned area. Alternatively or in addition describes the surge limit or surge limit line at the maximum pressure build-up a certain mass flow and a specific or adapted Speed of the compacting device.

Es ist auch möglich, das Kennlinienfeld und/oder die Pumpgrenzlinie in einer alternativen und/oder äquivalenten mathematischen Darstellung anzugeben.It is also possible, the characteristic field and / or the surge limit line in an alternative and / or equivalent mathematical Specify representation.

Das Verdichtersystem umfasst ferner eine Kontrollvorrichtung, die die Verdichtungsvorrichtung steuert und/oder regelt und zwar entlang mindestens einer Betriebskennlinie. Es ist zwar, insbesondere um den Kontrollaufwand einzuschränken, bevorzugt, dass die Kontrollvorrichtung genau eine Betriebskennlinie benutzt. Bei abgewandelten Ausführungsformen kann die Kontrollvorrichtung jedoch auch zwei oder mehr Betriebskennlinien verwenden, die sich im speziellen sogar zu einem Betriebskennfeld ergänzen können. Die eine oder mehrere Betriebskennlinien sind jedoch zumindest abschnittsweise um einen Abstandswert zu der Pumpgrenzlinie angeordnet.The Compressor system further comprises a control device, the Compression device controls and / or regulates along at least one operating characteristic. It is true, in particular, um to limit the control effort, prefers that the Control device uses exactly one operating characteristic. In modified However, the control device may also have two embodiments or use more operating characteristics, in particular even to complement a company map. The However, one or more operating characteristics are at least partially in order arranged a distance value to the surge boundary line.

Gemäß der Erfindung wird der Abstandswert so gewählt, dass dieser eine drehzahlabhängige Komponente aufweist, also eine Komponente, welche in Abhängigkeit der Drehzahl und/oder einer effektiven Drehzahl der Verdichtungsvorrichtung gewählt ist. Beispielsweise wird mit sinkender Drehzahl die drehzahlabhängige Komponente und/oder der Abstandswert stetig und/oder linear kleiner.According to the Invention, the distance value is chosen so that this has a speed-dependent component, ie a component, which depending on the speed and / or an effective Speed of the compression device is selected. For example becomes the speed-dependent component with decreasing speed and / or the distance value is continuous and / or linearly smaller.

Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass bei den üblichen Auslegungen von Verdichtersystemen, insbesondere Verdichtungsvorrichtungen, der Druckaufbau bei geringen Massenströmen und Drehzahlen zu gering ist, um das für die Brennstoffzellen notwendige Druckniveau aufzubauen. Wird dagegen auf das notwendige Druckniveau geregelt oder gesteuert, ist der Massenstrom zu hoch, was zum Beispiel zu Austrocknungsproblemen in den Brennstoffzellen führen kann. Es wurde festgestellt, dass die negativen Folgen bei einer Unterschreitung der Pumpgrenzlinie bei einem Betrieb eines Verdichtersystems bzw. einer Verdichtungsvorrichtung über den gesamten verfügbaren Drehzahlbereich der Verdichtungsvorrichtungen nicht gleichmäßig auftreten, sondern bei hohen Drehzahlen besonders schwer ins Gewicht fallen. Die Erfindung nutzt diese Erkenntnis, indem der Abstandswert der Betriebskennlinie in Abhängigkeit von der Drehzahl der Verdichtungsvorrichtung gewählt ist.It is a consideration of the invention that in the usual Designs of compressor systems, in particular compaction devices, the Pressure build-up at low mass flows and speeds too is low to that necessary for the fuel cells Build pressure level. Will, however, on the necessary pressure level regulated or controlled, the mass flow is too high, which, for example lead to dehydration problems in the fuel cells can. It was found that the negative consequences at a Below the surge line when operating a compressor system or a compacting device over the entire available Speed range of the compactors not uniform occur, but at high speeds particularly heavy in weight fall. The invention uses this knowledge by the distance value the operating characteristic as a function of the speed the compression device is selected.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Abstandswert so gewählt, dass die Betriebskennlinie zumindest abschnittsweise in dem instabilen Bereich verläuft. Insbesondere ist dieser im instabilen Bereich verlaufende Abschnitt der Betriebskennlinie bei niedrigen Drehzahlen und/oder in einem Teillastbereich der Verdichtungsvorrichtung bzw. des Verdichtersystems angeordnet. Optional ist es bevorzugt, dass die Betriebskennlinie im Bereich des Volllastarbeitspunkts in einem stabilen Bereich angeordnet ist, so dass die Betriebskennlinie die Pumpgrenzlinie mindestens oder genau einmal schneidet. Diese Weiterbildung unterstreicht den erfinderischen Gedanken, gerade bei kleinen Drehzahlen und/oder in einem Teillastbereich der Verdichtungsvorrichtung die Drehzahlabhängigkeit des Abstandswerts so zu gestalten, dass die Betriebskennlinie in dem instabilen Bereich verläuft, da bei den niedrigen Betriebspunkten, die Druckschwankungen in der Verdichtungsvorrichtung so gering sind, dass keine mechanischen Schäden der Verdichtungsvorrichtung befürchtet werden müssen.In a preferred embodiment of the invention, the distance value is selected so that the operating characteristic extends at least in sections in the unstable region. In particular, this running in the unstable region portion of the operating characteristic at low speeds and / or in a partial load range of the compression device or the compressor system is arranged. Optional is it is preferred that the operating characteristic in the region of the full load operating point is arranged in a stable region, so that the operating characteristic intersects the surge boundary line at least or exactly once. This development emphasizes the inventive idea, especially at low speeds and / or in a partial load range of the compression device to make the speed dependence of the distance value so that the operating characteristic is in the unstable region, since at the low operating points, the pressure fluctuations in the compression device are so low in that no mechanical damage to the compacting device has to be feared.

Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich auch der Vorteil, dass keine zusätzlichen Ventile, Bypass-Leitungen oder Abblasleitungen zur Ableitung von dem komprimierten Oxidanten nach der Verdichtungsvorrichtung eingesetzt werden müssen, um den erforderlichen Mindestmassenstrom bzw- -durchsatz aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise werden zum einen Bauteile und somit erhebliche Kosten eingespart, zum anderen wird ein erheblich verbesserter Teillastwirkungsgrad erwartet. So haben bereits Experimente gezeigt, dass Verdichtungsvorrichtungen in dem Teillastbereich mit einer Betriebskennlinie im instabilen Bereich eine Laufzeit von mehr als vierhundert Stunden ohne Schäden absolvieren konnten.at This configuration also gives the advantage that no additional Valves, bypass lines or vent lines for the discharge of used the compressed oxidant after the compression device must be to the required minimum mass flow or -durchsatz to maintain. In this way, on the one hand, components and thus saves considerable costs, on the other hand, a considerable improved partial load efficiency expected. So have already experiments shown that compression devices in the part load range with an operating characteristic in the unstable region a duration of could do more than four hundred hours without damage.

Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist die Betriebskennlinie so ausgebildet, dass diese die Pumpgrenzlinie über den aufgetragenen Massestrom und/oder über die aufgetragene Druckerhöhung in etwa mittig schneidet. Diese Realisierung unterstreicht den Nutzen der Erfindung, da diese etwa 50% der Betriebszustände der Verdichtungsvorrichtung abdecken kann.at A preferred realization of the invention is the operating characteristic designed so that these the surge line over the applied mass flow and / or over the applied Pressure increase approximately in the middle cuts. This realization highlights the utility of the invention as it accounts for about 50% of the operating conditions can cover the compaction device.

Wie bereits erläutert, ist es bevorzugt, dass die Betriebskennlinie in einem Volllastarbeitspunkt bzw. in dessen Bereich in dem stabilen Bereich des Verdichterkennfelds verläuft. Unter Volllastarbeitspunkt wird der Arbeitspunkt verstanden, bei dem die mit der Verdichtungsvorrichtung versorgte Brennstoffzellenanordnung unter Volllastbedingungen arbeitet.As already explained, it is preferred that the operating characteristic in a full-load operating point or in its region in the stable Area of the compressor map runs. Under full load working point the operating point is understood, in which the with the compression device powered fuel cell assembly operates under full load conditions.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Volllastarbeitspunkt in einem lokalen Maximum des Wirkungsgrads des Verdichtersystems und/oder der Verdichtungsvorrichtung gelegt ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Verdichtersystem im Volllastbetrieb der Brennstoffzellenanordnung am effektivsten und/oder am sparsamsten arbeitet.there it is particularly advantageous when the full load working point in a local maximum efficiency of the compressor system and / or the compacting device is placed. In this way it is ensured that the compressor system in full load operation of the fuel cell assembly most effective and / or most economical.

Bei einer vorteilhaften Auslegung des Verdichtersystems sind die Betriebskennlinie und/oder die Pumpgrenzlinie als eine Gerade oder zumindest geradenähnlich ausgebildet, wobei es besonders bevorzugt ist, dass beide einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen, um den diese zueinander verdreht angeordnet sind. Insbesondere ist die Verdrehung so realisiert, dass der Teillastbereich der Betriebskennlinie in dem instabilen Bereich des Verdichterkennfelds und der Abschnitt des Volllastarbeitsbereichs in einem stabilen Bereich des Verdichterkennfelds angeordnet ist.at an advantageous design of the compressor system are the operating characteristic and / or the surge boundary line as a straight line or at least even formed, wherein it is particularly preferred that both a Have common intersection, arranged around this twisted each other are. In particular, the rotation is realized so that the partial load range the operating characteristic in the unstable region of the compressor map and the section of the full load work area in a stable Area of the compressor map is arranged.

Bei einer konstruktiven Realisierung des Verdichtersystems ist vorgesehen, dass die Verdichtungsvorrichtung eine oder mehrere Strömungsmaschinen, bevorzugt zwei Strömungsmaschinen, aufweist. Im Falle von mehreren Strömungsmaschinen ist bevorzugt, dass diese seriell zueinander geschaltet sind. Die drehzahlabhängige Komponente wird in Abhängigkeit der genau einen Strömungsmaschine, einer beliebigen der Strömungsmaschinen oder einem Kumulationswert oder einer effektiven Drehzahl von mehreren Strömungsmaschinen gebildet. Die effektive Drehzahl kann beliebig realisiert sein, so zum Beispiel als eine Mittelung von mehreren Drehzahlen.at a constructive realization of the compressor system is provided that the compression device comprises one or more turbomachines, preferably two turbomachines. In case of several turbomachines is preferred that these serially connected to each other. The speed-dependent component becomes in dependence of the exactly one turbomachine, one any of the turbomachines or a cumulative value or an effective speed of several turbomachines educated. The effective speed can be realized arbitrarily, so for example as an averaging of several speeds.

Die Verdichtungsvorrichtung ist bevorzugt als ein Turbolader, insbesondere als ein Abgasturbolader, insbesondere mit einem elektrischen Antrieb und/oder einem Abgasantrieb, ausgebildet.The Compression device is preferred as a turbocharger, in particular as an exhaust gas turbocharger, in particular with an electric drive and / or an exhaust gas drive, formed.

Die Festlegung der Pumpgrenzlinie erfolgt bevorzugt dadurch, dass stationäre Zustände der Verdichtungsvorrichtung ermittelt und ausgewertet werden. Die Pumpgrenzlinie stellt somit – wie bereits eingangs erläutert – ein Charakteristikum der Verdichtungsvorrichtung dar.The Determination of the surge boundary line preferably takes place in that stationary States of the compression device are determined and evaluated. The surge line thus provides - as already mentioned explained - a characteristic of the compacting device represents.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kontrollvorrichtung ausgebildet, im normalen Betrieb die Verdichtungsvorrichtung auf die Betriebskennlinie ohne Benutzung einer Abzweigungsleitung, einer Abblaseinrichtung oder dergleichen zur Abzweigung eines Teils des komprimierten Massenstroms zu kontrollieren. Dabei kann es zum einen vorgesehen sein, dass eine derartige Abzweigungsleitung etc. vorgesehen ist, diese jedoch nicht im normalen Betrieb verwendet wird, sondern nur in Sonderbetriebszuständen, wie zum Beispiel Entlüftung oder dergleichen des Verdichtungssystems eingesetzt wird. Alternativ hierzu ist das Verdichtersystem frei von derartigen Abzweigungs-, Abblas- oder Bypass-Leitungen ausgebildet.at a particularly preferred embodiment of the invention the control device is designed, in normal operation the Compacting device on the operating characteristic without use a branch line, a blow-off device or the like to control the diversion of a portion of the compressed mass flow. there It may be provided, on the one hand, that such a branch line etc., but this is not used in normal operation, but only in special operating conditions, such as Venting or the like of the compression system used becomes. Alternatively, the compressor system is free of such Branch, blow-off or bypass lines formed.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung für den mobilen Betrieb, welche insbesondere zur Versorgung eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist, welche gemäß dem Anspruch 12 durch ein Verdichtersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet ist.One Another object of the invention relates to a fuel cell assembly for mobile operation, which in particular for supply a powertrain suitable for a motor vehicle and / or is formed, which according to claim 12 by a compressor system according to any one of the preceding claims is marked.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 zur Kontrolle eines Verdichtersystems für eine Brennstoffzellenanordnung, wobei das Verdichtersystem und/oder die Brennstoffzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist oder das Verdichtersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in einer beliebigen Kombinationen der nachfolgenden Merkmale der Unteransprüche und/oder der Beschreibung ausgebildet ist. Charakterisiert wird das Verfahren dadurch, dass die Betriebskennlinie in einem Kleinlastarbeitsbereich zumindest abschnittsweise in dem instabilen Bereich des Verdichterkennfelds verläuft.One Another object of the invention relates to a method with the Features of claim 13 for controlling a compressor system for a fuel cell assembly, wherein the compressor system and / or the fuel cell arrangement according to one of the preceding Claims is formed or the compressor system according to the preamble of claim 1 in any combination the following features of the subclaims and / or the description is formed. The process is characterized in that the operating characteristic in a small load work area at least in sections in the unstable region of the compressor map runs.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dabei zeigen:Further Features, advantages and effects of the invention will become apparent the following description of a preferred embodiment the invention. Showing:

1 ein Verdichterkennfeld zur Illustration der Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung; 1 a compressor map for illustrating the operation of an embodiment of the invention;

2 ein Blockschaltbild eines Verdichtersystems als ein oder das Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 a block diagram of a compressor system as one or the embodiment of the invention.

Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Verdichterkennfeld 1, welches in einem Koordinatensystem aufgetragen ist, dessen X-Achse 2 einen Massenstrom, zum Beispiel in Kilogramm pro Sekunde, als einen Durchsatz durch eine Verdichtungsvorrichtung und dessen Y-Achse 3 das Druckverhältnis PE/PA, also das Druckverhältnis zwischen Eingangsdruck und Ausgangsdruck des Oxidanten in der Verdichtungsvorrichtung zeigt. In dem Verdichterkennfeld 1 sind eine Mehrzahl von Kennlinien 4a–f eingetragen, welche jeweils Kennlinien gleicher Drehzahl der Verdichtungsvorrichtung (n = konstant) repräsentieren. Die Kennlinien 4a bis 4f geben somit bei einer festen Drehzahl n den Zusammenhang zwischen dem Durchsatz und dem Druckverhältnis wieder.The 1 shows a schematic representation of a compressor map 1 , which is plotted in a coordinate system, its X-axis 2 a mass flow, for example in kilograms per second, as a throughput through a compacting device and its Y-axis 3 the pressure ratio PE / PA, ie the pressure ratio between the inlet pressure and the outlet pressure of the oxidant in the compression device shows. In the compressor map 1 are a plurality of characteristics 4a -F registered, which respectively represent curves of the same speed of the compacting device (n = constant). The characteristics 4a to 4f thus give at a fixed speed n the relationship between the flow rate and the pressure ratio again.

Die Kennlinien 4a–4f können jedoch nicht über den gesamten, im Betrieb benötigten Durchsatz abgefahren werden, vielmehr zeigt jede Kennlinie 4a–f in Richtung eines geringer werdenden Durchsatzes eine Begrenzung, welche für alle Kennlinien 4a bis 4f durch eine gemeinsame Pumpgrenzlinie 5 dargestellt ist. Die Pumpgrenzlinie 5 veranschaulicht für jede Kennlinie 4a–4f den Arbeitspunkt in dem Verdichterkennfeld 1, an dem bei einer festen Drehzahl n eine Verringerung des Durchsatzes nicht mehr störungsarm möglich ist. In den durch die Kennlinien 4a–f und der Pumpgrenzlinie 5 gebildeten Schnittpunkten kommt es gemäß einer ersten Definition der Pumpgrenze zu Instabilitäten, welche den Beginn einer Strömungsablösung in der Verdichtergeometrie der Verdichtungsvorrichtung kennzeichnen oder gemäß einer zweiten Definition zum sogenannten Pumpen, also zu einem teilweise Rückströmen des Gasstroms gegen die Förderrichtung in dem komprimierten Gasstrom. Die Pumpgrenzlinie 5 unterteilt das Verdichterkennfeld 1 somit in einen instabilen Bereich I, welcher oberhalb der Pumpgrenzlinie 5 liegt und einen stabilen Bereich II, welcher unterhalb der Pumpgrenzlinie 5 angeordnet ist.The characteristics 4a - 4f However, they can not be traversed over the entire throughput required during operation, but instead show each characteristic curve 4a -F in the direction of a decreasing throughput a limit, which for all characteristics 4a to 4f through a common surge boundary line 5 is shown. The surge boundary line 5 illustrated for each characteristic 4a - 4f the operating point in the compressor map 1 in which, at a fixed speed n, a reduction of the throughput is no longer possible without interference. In through the characteristics 4a -F and the surge line 5 According to a first definition of the surge limit, instabilities occur which characterize the beginning of a flow separation in the compressor geometry of the compression device or according to a second definition for so-called pumping, ie a partial backflow of the gas flow against the delivery direction in the compressed gas flow. The surge boundary line 5 divides the compressor map 1 thus in an unstable region I, which above the surge boundary line 5 and a stable region II, which is below the surge limit line 5 is arranged.

Die Auslegung und/oder die Betriebsweise der Verdichtungsvorrichtung wird gemäß einer Betriebskennlinie 6 gewählt, welche sich in dem Verdichterkennfeld 1 von einem Volllastarbeitspunkt 7 beginnend erstreckt. Der Volllastarbeitpunkt 7 entspricht dem Massenstrom, welcher benötigt wird, um eine nachgeschaltete Brennstoffzellenanordnung in einem Volllastbetrieb mit dem Oxidanten zu versorgen.The design and / or the operation of the compacting device is according to an operating characteristic 6 chosen, which are in the compressor map 1 from a full load working point 7 beginning extending. The full load working point 7 corresponds to the mass flow needed to supply a downstream fuel cell assembly with the oxidant in full load operation.

Ausgehend von dem Volllastarbeitspunkt 7 erstreckt sich die Betriebskennlinie 6 geradenartig und schneidet in Bezug auf den Durchsatz die Pumpgrenzlinie 5 in einem Schnittpunkt 8 etwa mittig. Im weiteren Verlauf verläuft die Betriebskennlinie 5 nach dem Schnittpunkt 8 in den instabilen Bereich I. In diesem Abschnitt wird ausgehend vom Schnittpunkt 8 der Abstand d der Betriebskennlinie 6 zu der Pumpgrenzlinie 5 stetig größer.Starting from the full load working point 7 extends the operating characteristic 6 straight and intersects the surge line with respect to throughput 5 in an intersection 8th approximately in the middle. In the further course, the operating characteristic runs 5 after the intersection 8th in the unstable area I. In this section, starting from the intersection 8th the distance d of the operating characteristic 6 to the surge line 5 steadily bigger.

Im gezeigten Beispiel ist der Abstandswert d zu der Pumpgrenzlinie 5 demnach so gewählt, dass im Bereich des Volllastarbeitspunkts 7 ein maximaler Abstandswert Dmax vorliegt, welcher sich stetig und/oder linear bis zu dem Schnittpunkt 8 verkleinert und nach dem Schnittpunkt 8 – jedoch im instabilen Bereich II – betragsmäßig wieder größer wird, vorzeichenbehaftet aber kleiner wird. Bezüglich der Pumpgrenzlinie 5 wechselt der Abstandswert d somit sein Vorzeichen. Die in der Nähe des Koordinatenursprungs eingezeichnete Fläche in dem instabilen Bereich I zeigt den verfügbaren Bereich an, in den die Betriebskennlinie 6 gelegt werden kann, ohne eine Beschädigung der Verdichtungsvorrichtung zu provozieren.In the example shown, the distance value d is the surge boundary line 5 Accordingly, chosen so that in the range of full load working point 7 there is a maximum distance value Dmax, which is continuous and / or linear up to the point of intersection 8th reduced and after the intersection 8th - But in the unstable area II - in terms of amount is again larger, but signed becomes smaller. Regarding the surge limit line 5 the distance value d thus changes its sign. The area in the unstable area I drawn in the vicinity of the coordinate origin indicates the available area into which the operating characteristic curve is located 6 can be placed without provoking damage to the compaction device.

Die 2 zeigt in einer schematischen Blockdarstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Brennstoffzellenanordnung 9, die mindestens einen Brennstoffzellenstapel mit Brennstoffzellen 10 umfasst, welche jeweils über eine Membran 11 in einen Kathoden- und einen Anodenraum unterteilt sind. Die Brennstoffzellenanordnung 9 ist beispielweise als mobile Einheit für ein Kraftfahrzeug ausgebildet.The 2 shows a schematic block diagram of an embodiment of the invention in the form of a fuel cell assembly 9 , the at least one fuel cell stack with fuel cells 10 comprising, each via a membrane 11 are divided into a cathode and an anode compartment. The fuel cell assembly 9 is designed, for example, as a mobile unit for a motor vehicle.

Zur Versorgung der Brennstoffzellen 10 mit einem Oxidanten, insbesondere Umgebungsluft, ist ein Verdichtersystem 12 vorgesehen, welches eine Verdichtungsvorrichtung 13 aufweist. Die Verdichtungsvorrichtung 13 bringt den Oxidanten, insbesondere Umgebungsluft, von einem Ausgangszustand A in einen Verbrauchszustand V, indem dem Oxidanten Energie zugeführt und/oder dieser verdichtet wird. Die Verdichtungsvorrichtung 13 ist ein-, zwei- oder mehrstufig ausgebildet, wobei eine, einige oder jede Stufe als eine Strömungsmaschine, beispielsweise als ein Radialverdichter realisiert ist.To supply the fuel cells 10 with an oxidant, in particular ambient air, is a compressor system 12 provided, which is a compacting device 13 having. The comp processing device 13 brings the oxidant, in particular ambient air, from an initial state A to a consumption state V by supplying energy to the oxidant and / or compacting it. The compaction device 13 is formed in one, two or more stages, wherein one, some or each stage is realized as a turbomachine, for example as a centrifugal compressor.

Zum Antrieb der Verdichtungsvorrichtung 13 kann zum einen ein elektrischer Antrieb vorgesehen sein, zum anderen kann die Verdichtungsvorrichtung 13 auch als ein Abgasturbolader realisiert sein, wobei die Antriebsenergie vollständig oder zum Teil von einer Abgasturbine 14 gestellt wird, welche entweder mechanisch oder elektrisch mit der Verdichtungsvorrichtung 13 verbunden ist.To drive the compacting device 13 On the one hand can be provided an electric drive, on the other hand, the compression device 13 also be realized as an exhaust gas turbocharger, wherein the drive energy completely or in part by an exhaust gas turbine 14 which is either mechanically or electrically connected to the compacting device 13 connected is.

Um das Verdichtersystem 12 in der anhand der 1 dargestellten Betriebsweise anzusteuern, zeigt das Verdichtersystem 12 eine Kontrollvorrichtung 15, welche beispielsweise als ein Microcontroller oder eine zentrale Steuereinrichtung o. ä. ausgebildet sein kann, die die Verdichtungsvorrichtung 13 gemäß der Leistungsanforderung entlang der Betriebskennlinie 6 in 1 kontrolliert, wobei das Verdichterkennfeld 1 in der 1 die Charakteristika der Verdichtungsvorrichtung 13 bzw. des Verdichtersystems 12 als ein mögliches Beispiel repräsentiert.To the compressor system 12 in the basis of the 1 To control shown operating mode, shows the compressor system 12 a control device 15 , which may be formed, for example, as a microcontroller or a central control device o. Ä., Which the compression device 13 according to the power requirement along the operating characteristic 6 in 1 controlled, wherein the compressor map 1 in the 1 the characteristics of the compaction device 13 or the compressor system 12 as a possible example.

Im Besonderen ist darauf hinzuweisen, dass zwischen der Ausgangsseite der Verdichtungsvorrichtung 12 und der Eingangsseite der Brennstoffzelle 10 keine Abblas-, Bypass-Leitung oder dergleichen vorgesehen ist, um den Massenstrom in der Verdichtungsvorrichtung 13 künstlich zu erhöhen.In particular, it should be noted that between the exit side of the compacting device 12 and the input side of the fuel cell 10 no blow-off, bypass line or the like is provided to the mass flow in the compression device 13 artificially increase.

Durch den Betrieb der Verdichtungsvorrichtung 13 in dem durch die Strichelung angedeuteten Bereich in der 1, also im Teillastbetrieb im instabilen Bereich II, wird zum einen in dem Bereich II ein sehr hoher Wirkungsgrad erreicht und zum anderen können Bauteile, wie zum Beispiel für die Abblas- oder Bypass-Leitung eingespart werden.By the operation of the compacting device 13 in the indicated by the dashed area in the 1 , So in part-load operation in the unstable region II, on the one hand in the area II a very high efficiency is achieved and on the other components, such as for the blow-off or bypass line can be saved.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10120947 A1 [0004] DE 10120947 A1 [0004]
  • - DE 102004035575 [0005] - DE 102004035575 [0005]

Claims (13)

Verdichtersystem (12) für eine Brennstoffzellenanordnung zur Versorgung von Brennstoffzellen (10) der Brennstoffzellenanordnung mit einem Oxidanten, mit einer Verdichtungsvorrichtung (13) zur Verdichtung des Oxidanten, wobei die Charakteristika der Verdichtungsvorrichtung (13) mittels eines Verdichterkennfelds (1) und einer Pumpgrenzlinie (5), welche das Verdichterkennfeld (1) in einen stabilen (I) und einen instabilen (II) Bereich unterteilt, beschreibbar sind, mit einer Kontrollvorrichtung (15), welche ausgebildet ist, die Verdichtungsvorrichtung (13) entlang einer Betriebskennlinie (6) zu kontrollieren, wobei die Betriebskennlinie (6) zumindest abschnittsweise um einen Abstandswert von der Pumpgrenzlinie (5) versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandswert (d) eine drehzahlabhängige Komponente umfasst, welche abhängig von der Drehzahl der Verdichtungsvorrichtung (13) ist.Compressor system ( 12 ) for a fuel cell arrangement for supplying fuel cells ( 10 ) of the fuel cell assembly with an oxidant, with a compression device ( 13 ) for densification of the oxidant, the characteristics of the compacting device ( 13 ) by means of a compressor map ( 1 ) and a surge boundary line ( 5 ), which the compressor map ( 1 ) are divided into a stable (I) and an unstable (II) area, are writable with a control device ( 15 ), which is formed, the compression device ( 13 ) along an operating characteristic ( 6 ), the operating characteristic ( 6 ) at least in sections by a distance value from the surge boundary line ( 5 ), characterized in that the distance value (d) comprises a speed-dependent component which depends on the rotational speed of the compacting device ( 13 ). Verdichtersystem (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebskennlinie (6) die Pumpgrenzlinie (5) schneidet.Compressor system ( 12 ) according to claim 1, characterized in that the operating characteristic ( 6 ) the surge boundary line ( 5 ) cuts. Verdichtersystem (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer linearen Auftragung die Betriebskennlinie (6) die Pumpgrenzlinie (5) mittig schneidet.Compressor system ( 12 ) according to claim 1, characterized in that in a linear application the operating characteristic ( 6 ) the surge boundary line ( 5 ) cuts in the middle. Verdichtersystem (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebskennlinie (6) in einem Volllastarbeitspunkt (7) und/oder in einem Bereich des Vollastarbeitsbereichs (7) in dem stabilen Bereich (I) des Verdichterkennfelds (1) verläuft.Compressor system ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the operating characteristic ( 6 ) in a full-load operating point ( 7 ) and / or in a field of full-time work ( 7 ) in the stable region (I) of the compressor map ( 1 ) runs. Verdichtersystem (12) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Volllastarbeitspunkt (7) in einem lokalen Maximum des Wirkungsgrads des Verdichtersystems (12) und/oder der Verdichtungsvorrichtung (13) gelegt ist.Compressor system ( 12 ) according to claim 4, characterized in that the full-load operating point ( 7 ) in a local maximum of the efficiency of the compressor system ( 12 ) and / or the compacting device ( 13 ) is placed. Verdichtersystem (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebskennlinie (6) in einem Kleinlastarbeitsbereich in dem instabilen Bereich (II) des Verdichterkennfelds (1) verläuft.Compressor system ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the operating characteristic ( 6 ) in a low load work area in the unstable area (II) of the compressor map ( 1 ) runs. Verdichtersystem (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebskennlinie (6) und/oder die Pumpgrenzlinie (5) als eine Gerade oder zumindest abschnittsweise geradenähnlich ausgebildet ist bzw. sind.Compressor system ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the operating characteristic ( 6 ) and / or the surge boundary line ( 5 ) is or are formed as a straight line or at least partially straight. Verdichtersystem (12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Betriebskennlinie (6) und die Pumpgrenzlinie (5) um einen gemeinsamen Schnittpunkt (8) zueinander verdreht oder verschwenkt angeordnet sind.Compressor system ( 12 ) according to claim 7, characterized in that the operating characteristic ( 6 ) and the surge boundary line ( 5 ) around a common point of intersection ( 8th ) are mutually rotated or pivoted. Verdichtersystem (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungsvorrichtung (13) eine oder mehrere Strömungsmaschinen aufweist, wobei die drehzahlabhängige Komponente in Abhängigkeit der, einer beliebigen oder einem Kumulationswert von mehreren Strömungsmaschinen gebildet ist.Compressor system ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the compacting device ( 13 ) has one or more turbomachines, wherein the speed-dependent component is formed as a function of, an arbitrary or a cumulative value of a plurality of turbomachines. Verdichtersystem (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpgrenzlinie (5) durch Auswertung von stationären Zuständen der Verdichtungsvorrichtung (13) ermittelt ist.Compressor system ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the surge boundary line ( 5 ) by evaluating stationary states of the compacting device ( 13 ) is determined. Verdichtersystem (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollvorrichtung (15) ausgebildet ist, im normalen Betrieb die Verdichtungsvorrichtung (13) auf die Betriebskennlinie (6) ohne Benutzung einer Abzweigungsleitung zur Abzweigung eines Teils des ausgestoßenen Massenstroms zu kontrollieren.Compressor system ( 12 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the control device ( 15 ) is formed, in normal operation, the compression device ( 13 ) on the operating characteristic ( 6 ) without using a branch line to divert a portion of the expelled mass flow. Brennstoffzellenanordnung (9) z. B. für den mobilen Betrieb, insbesondere zur Versorgung eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch ein Verdichtersystem (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Fuel cell assembly ( 9 ) z. B. for mobile operation, in particular for the supply of a drive train for a motor vehicle, characterized by a compressor system ( 12 ) according to any one of the preceding claims. Verfahren zur Kontrolle eines Verdichtersystems (12) für eine Brennstoffzellenanordnung (9), vorzugsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche und/oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebskennlinie (6) in einem Kleinlastarbeitsbereich zumindest abschnittsweise in dem instabilen Bereich (II) des Verdichterkennfelds (1) verläuft.Method for controlling a compressor system ( 12 ) for a fuel cell assembly ( 9 ), preferably according to one of the preceding claims and / or according to the preamble of claim 1, characterized in that the operating characteristic ( 6 ) in a small load work area at least in sections in the unstable region (II) of the compressor map ( 1 ) runs.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023285214A1 (en) * 2021-07-13 2023-01-19 Robert Bosch Gmbh Method for operating a fuel cell system, and control device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6969432B2 (en) * 2018-02-21 2021-11-24 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system and fuel cell system control method

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10120947A1 (en) 2001-04-22 2002-10-24 Daimler Chrysler Ag Fuel cell air supply device has electrically-driven low-pressure compressor in series with high-pressure compressor with turbine for energy recovery
DE102004035575A1 (en) 2004-07-22 2006-02-16 Daimlerchrysler Ag Method and device for controlling an internal combustion engine with a compressor, in particular an exhaust gas turbocharger

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1314486C (en) * 1984-06-19 1993-03-16 Michael John Charles Waterman Axial flow compressor surge margin improvement
EP1069314A1 (en) * 1999-07-16 2001-01-17 Abb Research Ltd. Control of a compressor unit

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10120947A1 (en) 2001-04-22 2002-10-24 Daimler Chrysler Ag Fuel cell air supply device has electrically-driven low-pressure compressor in series with high-pressure compressor with turbine for energy recovery
DE102004035575A1 (en) 2004-07-22 2006-02-16 Daimlerchrysler Ag Method and device for controlling an internal combustion engine with a compressor, in particular an exhaust gas turbocharger

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023285214A1 (en) * 2021-07-13 2023-01-19 Robert Bosch Gmbh Method for operating a fuel cell system, and control device

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