DE102009007173B4 - Brennstoffzellensysteme und Verfahren zum Begrenzen des Ausgangsstroms eines Brennstoffzellenstapels - Google Patents

Brennstoffzellensysteme und Verfahren zum Begrenzen des Ausgangsstroms eines Brennstoffzellenstapels Download PDF

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Abstract

Brennstoffzellensystem umfassend: einen Brennstoffzellenstapel, der ein Ausgangsspannungssignal und ein Ausgangsstromsignal liefert; eine Umwandlungstabelle zum Umwandeln des Ausgangsstromsignals des Brennstoffzellenstapels in ein Spannungssollwertsignal; einen ersten Komparator, der das Spannungssollwertsignal und das Spannungsausgangssignal des Brennstoffzellenstapels miteinander vergleicht und daraus ein Spannungsdifferenzsignal bildet; einen Strombegrenzungsregler, der auf das Spannungsdifferenzsignal und ein von der sich über die Lebensdauer des Brennstoffzellenstapels ändernden maximal aufbringbaren Stapelleistung abhängiges Regelungssignal anspricht, und ein Strombegrenzungssignal liefert; und einen zweiten Komparator, der das Strombegrenzungssignal und ein Stromanforderungssignal miteinander vergleicht und das kleinere dieser beiden Signale auswählt, wobei er dieses kleinere Signal an den Brennstoffzellenstapel liefert, um den von dem Brennstoffzellenstapel maximal abrufbaren Strom festzulegen.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft allgemein einen Algorithmus zum Begrenzen des Ausgangsstroms eines Brennstoffzellenstapels und insbesondere ein Brennstoffzellensystem mit einem Algorithmus zum Begrenzen des Ausgangsstroms eines Brennstoffzellenstapels beruhend auf verschiedenen Parametern wie Stapelleistung, Stapellebensdauer, etc. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Begrenzen des Ausgangsstroms eines Brennstoffzellenstapels.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Wasserstoff ist ein sehr interessanter Brennstoff, da er sauber ist und zum effizienten Erzeugen von elektrischem Strom in einer Brennstoffzelle verwendet werden kann. Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem Elektrolyten dazwischen umfasst. Die Anode erhält Wasserstoffgas und die Kathode erhält Sauerstoff oder Luft. Das Wasserstoffgas wird in der Anode aufgespalten, um freie Wasserstoffprotonen und -elektronen zu erzeugen. Die Wasserstoffprotonen bewegen sich durch den Elektrolyten zur Kathode. Die Wasserstoffprotonen reagieren mit dem Sauerstoff und den Elektronen in der Kathode, um Wasser zu erzeugen. Die Elektronen von der Anode können nicht den Elektrolyten passieren und werden daher zum Erbringen von Arbeit durch eine Last geleitet, bevor sie zur Kathode geschickt werden.
  • Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC, vom engl. Proton Exchange Membrane Fuel Cells) sind eine gängige Brennstoffzelle für Fahrzeuge. Die PEMFC umfasst im Allgemeinen eine Protonen leitende Festpolymer-Elektrolytmembran, beispielsweise eine Perfluorsulfonsäure-Membran. Die Anode und Kathode umfassen üblicherweise fein verteilte katalytische Partikel, für gewöhnlich Platin (Pt), die von Kohlenstoffpartikeln getragen werden und mit einem Ionomer gemischt sind. Die katalytische Mischung ist auf gegenüberliegenden Seiten der Membran aufgebracht. Die Kombination aus der katalytischen Mischung der Anode, der katalytischen Mischung der Kathode und der Membran bildet eine Membranelektrodeneinheit (MEA, vom engl. Membrane Electrode Assembly). MEAs sind relativ teuer in der Herstellung und erfordern für wirksamen Betrieb bestimmte Bedingungen.
  • In einem Brennstoffzellenstapel werden zum Erzeugen der Sollleistung üblicherweise mehrere Brennstoffzellen kombiniert. Der Brennstoffzellenstapel erhält ein Kathodeneingangsgas, üblicherweise einen mittels eines Verdichters durch den Stapel zwangsweise geleiteten Luftstrom. Von dem Stapel wird nicht der gesamte Sauerstoff aufgebraucht, und ein Teil der Luft wird als Kathodenabgas ausgestoßen, das Wasser als Stapelnebenprodukt enthalten kann. Der Brennstoffzellenstapel nimmt auch ein Anoden-Wasserstoffeingangsgas auf, das in die Anodenseite des Stapels strömt.
  • Der Regler des Stapels muss die als Polarisationskurve bezeichnete Strom/Spannungs-Beziehung des Brennstoffzellenstapels kennen, um eine ordnungsgemäße Verteilung von Leistung von dem Stapel vorzusehen. Die Beziehung zwischen der elektrischen Spannung und dem elektrischen Strom des Stapels ist typischerweise schwierig zu definieren, da sie nichtlinear ist und sich abhängig von vielen Variablen, einschließlich Stapeltemperatur, Stapelteildrücken und Kathoden- sowie Anoden-Stöchiometrien, ändert. Zudem ändert sich die Beziehung zwischen dem elektrischen Strom und der elektrischen Spannung des Stapels, wenn der Stapel im Laufe der Zeit degradiert. Insbesondere weist ein älterer Stapel niedrigere Zellenspannungen auf und muss mehr elektrischen Strom zum Erfüllen der Leistungsforderungen liefern als ein neuer, nicht degradierter Stapel.
  • Glücklicherweise weisen viele Brennstoffzellensysteme, sobald sie über einer bestimmten Temperatur liegen, tendenziell wiederholbare Betriebsbedingungen bei einer vorgegebenen Stromdichte auf. In diesen Fällen kann die elektrische Spannung in etwa als Funktion von Stromdichte und Alter des Stapels beschrieben werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel sowie ein Verfahren zur Begrenzung des Ausgangsstroms eines solchen Brennstoffzellenstapels anzugeben, mit denen auch bei sich im Laufe der Zeit verändernder maximaler Ausgangsleistung ein möglichst optimaler Betrieb des Brennstoffzellenstapels gewährleistet ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems sowie bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung werden ein System und Verfahren zum Begrenzen des Ausgangsstroms eines Brennstoffzellenstapels bei Degradieren des Stapels und Abnahme seiner Leistung im Laufe der Zeit offenbart. Der Brennstoffzellenstapel liefert ein Spannungsausgangssignal und ein Stromdichteausgangssignal, wobei das Stromdichteausgangssignal einer Lookup-Tabelle zugeführt wird, die einen vorbestimmten Spannungssollwert für die bestimmte Stromdichte ermittelt. Der Spannungssollwert wird zu einem ersten Komparator geschickt, der ihn mit dem Spannungsausgangssignal von dem Stapel vergleicht, um ein Spannungsdifferenzsignal zu erzeugen. Das Spannungsdifferenzsignal wird einem Regler, beispielsweise einem Proportional-Integral-Regler, zugeführt, der beruhend auf dem Spannungsdifferenzsignal ein Strombegrenzungssignal liefert. Das Strombegrenzungssignal und ein Stromanforderungssignal werden einem zweiten Komparator zugeführt, der diese beiden Signale miteinander vergleicht und das kleinere der beiden auswählt, das zum Begrenzen des maximalen Ausgangsstroms des Stapels verwendet wird. Das Ausgangsspannungssignal und das Ausgangsstromsignal von dem Stapel werden auch einem Polarisationskurven-Schätzer zugeführt, der Parameter des Stapels schätzt, um eine Polarisationskurve des Stapels festzulegen, die sich mit der Lebensdauer des Stapels ändert. Die Parameter von dem Schätzer werden einem/r Verstärkungs-Scheduler bzw. -Terminierungseinrichtung bzw. Ablaufsteuerung zugeführt, der/die dem Regler Verstärkungen liefert, die darauf beruhen, an welcher Stelle der Lebensdauer des Stapels er gerade arbeitet.
  • Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den Begleitzeichnungen hervor.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Graph, dessen horizontale Achse die Zeit und dessen vertikale Achse die Leistung angibt, die eine maximale Ausgangsleistung von einem Brennstoffzellenstapel bei Degradieren des Stapels im Laufe der Zeit zeigt; und
  • 2 ist ein Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems, das einen Prozess zum Begrenzen von Stapelausgangsleistung beruhend auf der Stapelleistung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nutzt.
  • Eingehende Beschreibung der Ausführungsformen
  • Die folgende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein System und Verfahren zum Begrenzen des Brennstoffzellenstapel-Ausgangsstroms bei Degradieren des Stapels im Laufe der Zeit gerichtet sind, ist lediglich beispielhafter Natur und soll die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Einsatzmöglichkeiten in keiner Weise beschränken.
  • Die vorliegende Erfindung schlägt einen Algorithmus zum Begrenzen des Ausgangsstroms eines Brennstoffzellenstapels beruhend auf der Stapelleistung, beispielsweise Spannungsdegradation, oder anderen externen Faktoren, beispielsweise einem zu niedrigen Anodeneinlassdruck, vor. Ein Zweck des Begrenzungsalgorithmus ist das Inbetriebhalten des Brennstoffzellensystems, selbst wenn der Stapel nicht die volle Leistung erbringen kann, und die Fähigkeit, ausreichend elektrischen Strom von dem Stapel aufzunehmen, um das Fahrzeug zu betreiben oder die Batterie zu laden. Wie nachstehend näher erläutert wird, ist der Algorithmus dafür ausgelegt, die Stromabgabe von dem Stapel beruhend auf der abrufbaren Leistung des Stapels zu begrenzen.
  • 1 ist ein Graph dessen horizontale Achse die Zeit und dessen vertikale Achse die Leistung angibt, um zu zeigen, wie die Ausgangsleistung eines Brennstoffzellenstapels typischerweise im Laufe der Zeit degradiert. Der Graph ist über die Lebensdauer des Brennstoffzellenstapels in drei Abschnitte unterteilt, im Einzelnen in einen Abschnitt 10 zu Beginn der Stapellebensdauer, einen Abschnitt 12 in der Mitte der Stapellebensdauer und einen Abschnitt 14 zum Ende der Stapellebensdauer. Die Graphenlinie 16 zeigt, wie die Ausgangsleistung des Stapels im Laufe der Zeit infolge von Stapeldegradation abnimmt. Auch wenn die Graphenlinie 16 linear ist, kann die tatsächliche Degradation des Brennstoffzellenstapels durch eine Kurve besser dargestellt werden.
  • 2 ist ein Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems 20 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das einen Algorithmus zum Begrenzen des Ausgangsstroms einer Brennstoffzelle 22 beruhend auf Stapelleistung im Laufe der Zeit nutzt. Ein Stapelausgangsspannungssignal V wird an der Leitung 24 von dem Stapel 22 geliefert und ein Stapelausgangsstromdichtesignal j wird an der Leitung 26 von dem Stapel 22 geliefert. Das Stapelausgangsstromsignal j wird einer Lookup-Tabelle 28 zugeführt, die einen Spannungssollwert VSP für die Stromdichte des Stapels 22 ermittelt. Die in der Lookup-Tabelle 28 gespeicherten Werte des Spannungssollwerts VSP sind vorbestimmte Werte, die für die hierin erläuterten Leistungsanforderungen des Stapels gewählt werden. In einer Ausführungsform ist der Spannungssollwert VSP für größere Flexibilität und verbessertes Ansprechen bei niedrigeren Stromdichten höher und bei höheren Stromdichten niedriger. Der Spannungssollwert VSP aus der Lookup-Tabelle 28 wird zusammen mit dem Spannungsausgangssignal V des Stapels 22 einem Komparator 30 zugeführt, der diese miteinander vergleicht und daraus ein Spannungsdifferenzsignal erzeugt.
  • Das Spannungsdifferenzsignal wird zu einem Regler 32 zugeführt, der die Stromabgabe des Stapels 22 regelt, um die Ausgangsleistung bei Alterung des Stapels 22 zu begrenzen. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist der Regler 32 ein Proportional-Integral(PI)-Regler. Es versteht sich aber für den Fachmann, dass andere Arten von Reglern, beispielsweise PID-, PD-, LQR-Regler etc., ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Die Stapelstromregelung durch den Regler 32 wird aktiviert, wenn das Spannungsausgangssignal V von dem Stapel 22 kleiner als der Spannungssollwert VSP ist. In dieser Situation versucht der Regler 32, die Stapelspannung V durch Verringern des durch den Stapel 22 vorgesehenen elektrischen Stroms bei dem Sollwert VSP zu halten. Somit versucht der Regler 32 nur dann, die Stapelspannung V bei dem Sollwert VSP zu halten, wenn die Spannung V unter dem Sollwert VSP liegt. Wenn die Spannung V über dem Sollwert VSP liegt, dann muss der Regler 32 nicht eingreifen.
  • Der Proportional-Teil des Reglers 32 ist so ausgelegt, dass er nur aktiv ist, wenn das Spannungsdifferenzsignal negativ ist. Die Proportionalverstärkungen für den PI-Regler 32 werden beruhend auf dem Spannungssollwert VSP und der Lebensdauer des Stapels 22 bestimmt. Der Integral-Teil des PI-Reglers 32 ist so ausgelegt, dass der Regler 32 mit Verzögerungs- bzw. Kipp- und Rückstellregelungen an dem Integrator aktiviert/deaktiviert wird. Die Verzögerungsregelung wird nur aktiviert, wenn das Spannungsdifferenzsignal kleiner als ein bestimmter Schwellenwert ist, beispielsweise 10 Volt. Die Reglerausgabe wird von der Rückstellregelung zurückgestellt, wenn das Spannungsdifferenzsignal unter einen anderen Schwellenwert fällt, beispielsweise 70 Volt. Die Werte der Verzögerungs- und Rückstellschwellwerte werden so gewählt, dass der Rückstellschwellwert höher als der Verzögerungsschwellwert ist, damit der Integrator eine gewisse Erinnerung an die Leistung des Stapels 22 hat, so dass der Regler 32 schneller reagiert, wenn eine unmittelbare Transiente die Stapelspannung V unter den Spannungssollwert VSP sinken lässt. Die Integratorverstärkungen werden beruhend auf dem Spannungssollwert VSP und der Lebensdauer des Stapels 22 festgelegt.
  • Die Ausgabe des Reglers 32 ist ein Stromgrenzwert ILim, der die Stromdichtenabgabe des Stapels 22 begrenzt. Wenn eine Forderung nach Leistung Preq an einen Stapelstromregler 34 an Leitung 36 gemacht wird, wandelt der Regler 34 das Leistungsanforderungssignal Preq in ein Stromanforderungssignal Ireq um. Die Stromanforderung Ireq wird zu einem Komparator 38 gesendet, der das Stromanforderungssignal Ireq mit dem Stromgrenzwert Ilim vergleicht und das kleinere der beiden zu dem Stapel 22 ausgibt, so dass die Stromdichtenabgabe des Stapels 22 beruhend auf dem Spannungssollwert VSP begrenzt wird oder beruhend auf dem Stromanforderungssignal Ireq begrenzt wird.
  • Die Verstärkungen Kp und Ki des PI-Reglers 32 werden durch eine Ablaufsteuerung für adaptive Verstärkungen 40 festgelegt. Die Verstärkungen Kp und Ki werden beruhend auf einem Polarisationskurven-Schätzalgorithmus adaptiert, der durch einen Polarisationskurven-Schätzer 42 bereitgestellt wird. Der Schätzer 42 empfängt das Spannungsausgangssignal V und das Stromdichteausgangssignal j von dem Stapel 22 und schätzt die Stapelparameter. Wenn der Stapel 22 über die Lebensdauer degradiert, ändern sich die Parameter, was die von dem Stapel 22 verfügbare maximale Leistung verringert. Bei diesem nicht einschränkenden Beispiel weist jeder der Abschnitte 10, 12 und 14 in dem in 1 gezeigten Graphen eine dem zugeordnete bestimmte Verstärkung K und Ki auf. Wenn daher die Ablaufsteuerung für adaptive Verstärkung 40 ermittelt, dass der Stapel 22 bei dessen Alterung in einen neuen Abschnitt getreten ist, werden die Polarisationskurvenparameter genutzt, um die Verstärkung für den bestimmten Abschnitt zu ändern.
  • Viele Regelungsparameter eines Brennstoffzellensystems erfordern die Kenntnis der Polarisationskurve des Brennstoffzellenstapels, beispielsweise die Kenntnis des maximalen Spannungspotentials und des Stroms, die von dem Brennstoffzellenstapel verfügbar sind. Wie vorstehend erwähnt ändert sich bei Alterung des Stapels die Stapelpolarisationskurve ebenfalls infolge von Stapeldegradation. Die Schrift US 2008/0182139 A1 offenbart einen Algorithmus zum Berechnen der Polarisationskurve eines Brennstoffzellenstapels im eingeschalteten Zustand während des Betriebs des Brennstoffzellensystems. Der Algorithmus der Schrift US 2008/0182139 A1 schätzt aus den erfassten Daten während des Betriebs des Stapels zwei oder mehr Stapelparameter und nutzt die Parameter zum Berechnen der Polarisationskurve. Wenn der Brennstoffzellenstapel arbeitet und bestimmte Datenvaliditätskriterien erfüllt sind, geht der Algorithmus in einen guten Erfassungsmodus über, in dem er Stapeldaten, beispielsweise Stapelstromdichte, mittlere Zellenspannung und Mindestzellenspannung, erfasst. Bei Abschalten des Stapels nutzt der Algorithmus ein Zellenspannungsmodell, um ein nichtlineares Problem der kleinsten Quadrate zu lösen, um vorbestimmte Parameter zu schätzen, die die Polarisationskurve festlegen. Wenn die Schätzungsparameter bestimmte Beendigungskriterien erfüllen, dann werden die geschätzten Parameter zur Verwendung durch einen Systemregler gespeichert, um die Polarisationskurve des Stapels für künftige Stapelbetriebe zu berechnen. Der Polarisationskurven-Schätzer 42 kann den Polarisationskurven-Schätzprozess bei der Schrift US 2008/0182139 A1 oder jeden anderen geeigneten Algorithmus nutzen.
  • Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform werden die Reglerverstärkungen so abgewandelt, dass sie am Ende des Lebensdauerabschnitts 14 schneller und stärker als zu Beginn des Lebensdauerabschnitts 10 ansprechen, um Systemabschaltungen aufgrund niedriger Stapelspannung auf Kosten von Oszillationen zu vermeiden. Während des Beginns der Lebensdauer des Stapels 22 sind die Reglerverstärkungen gelockert, um ein normales Erholen des Stapels 22 während Transienten zuzulassen und unnötige Begrenzungen und Oszillationen zu vermeiden.
  • Die vorstehende Beschreibung offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann wird dieser Beschreibung und den Begleitzeichnungen sowie Ansprüchen mühelos entnehmen, dass darin verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der in den folgenden Ansprüchen festgelegten Erfindung abzuweichen.

Claims (22)

  1. Brennstoffzellensystem umfassend: einen Brennstoffzellenstapel, der ein Ausgangsspannungssignal und ein Ausgangsstromsignal liefert; eine Umwandlungstabelle zum Umwandeln des Ausgangsstromsignals des Brennstoffzellenstapels in ein Spannungssollwertsignal; einen ersten Komparator, der das Spannungssollwertsignal und das Spannungsausgangssignal des Brennstoffzellenstapels miteinander vergleicht und daraus ein Spannungsdifferenzsignal bildet; einen Strombegrenzungsregler, der auf das Spannungsdifferenzsignal und ein von der sich über die Lebensdauer des Brennstoffzellenstapels ändernden maximal aufbringbaren Stapelleistung abhängiges Regelungssignal anspricht, und ein Strombegrenzungssignal liefert; und einen zweiten Komparator, der das Strombegrenzungssignal und ein Stromanforderungssignal miteinander vergleicht und das kleinere dieser beiden Signale auswählt, wobei er dieses kleinere Signal an den Brennstoffzellenstapel liefert, um den von dem Brennstoffzellenstapel maximal abrufbaren Strom festzulegen.
  2. System nach Anspruch 1, welches weiterhin einen Polarisationskurven-Schätzer umfasst, der auf das Ausgangsspannungssignal und das Ausgangsstromsignal des Brennstoffzellenstapels anspricht und die Polarisationskurve des Brennstoffzellenstapels schätzt, wobei der Polarisationskurven-Schätzer auf der Basis der geschätzten Polarisationskurve Systemparameter erzeugt, die das Regelungssignal für den Strombegrenzungsregler festlegen.
  3. System nach Anspruch 2, wobei der Strombegrenzungsregler ein Proportional-Integral-Regler ist und das Regelungssignal eine Proportionalverstärkung und eine Integralverstärkung umfasst.
  4. System nach Anspruch 3, wobei die Proportional- und Integralverstärkungen darauf beruhend festgelegt werden, in welchem Bereich der Lebensdauer der Stapel gerade arbeitet.
  5. System nach Anspruch 3, wobei der Proportional-Teil des Proportional-Integral-Reglers nur aktiv ist, wenn das Spannungsdifferenzsignal negativ ist.
  6. System nach Anspruch 3, wobei der Integral-Teil des Proportional-Integral-Reglers mit Verzögerungs- und Rückstellregelungen aktiviert und deaktiviert wird, wobei die Verzögerungsregelung nur aktiviert wird, wenn das Spannungsdifferenzsignal kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, und die Rückstellregelung den Regler zurückstellt, wenn das Spannungsdifferenzsignal kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist.
  7. System nach Anspruch 6, wobei der erste Schwellenwert kleiner als der zweite Schwellenwert ist.
  8. System nach Anspruch 1, welches weiterhin einen auf ein Stapelleistungsanforderungssignal ansprechenden Stapelstromregler umfasst, der das Stromanforderungssignal liefert.
  9. System nach Anspruch 1, wobei das Spannungssollwertsignal bei Größerwerden des Stromdichteausgangsignals abnimmt.
  10. Brennstoffzellensystem umfassend: einen Brennstoffzellenstapel, der ein Ausgangsspannungssignal und ein Ausgangsstromsignal liefert; eine Umwandlungstabelle zum Umwandeln des Ausgangsstromsignals des Brennstoffzellenstapels in ein Spannungssollwertsignal; einen ersten Komparator, der das Spannungssollwertsignal und das Ausgangsspannungssignal des Brennstoffzellenstapels miteinander vergleicht und daraus ein Spannungsdifferenzsignal bildet; einen Proportional-Integral-Regler, der auf das Spannungsdifferenzsignal und von der sich über die Lebensdauer des Brennstoffzellenstapels ändernden maximalen aufbringbaren Stapelleistung abhängige adaptive Proportional- und Integralverstärkungen anspricht und ein Strombegrenzungssignal liefert; einen Polarisationskurven-Schätzer, der auf das Ausgangsspannungssignal und das Ausgangsstromsignal des Brennstoffzellenstapels anspricht und die Polarisationskurve des Brennstoffzellenstapels schätzt, wobei der Polarisationskurven-Schätzer Systemparameter liefert, die die Proportionalverstärkung und die Integralverstärkung festlegen; einen Stapelstromregler, der auf ein Stapelleistungsanforderungssignal anspricht und ein Stromanforderungssignal liefert; und einen zweiten Komparator, der das Strombegrenzungssignal und das Stromanforderungssignal miteinander vergleicht und das kleinere dieser beiden Signale auswählt, wobei er dieses kleinere Signal an den Brennstoffzellenstapel liefert, um dadurch den von dem Brennstoffzellenstapel maximal abrufbaren Strom festzulegen.
  11. System nach Anspruch 10, wobei die Proportional- und Integralverstärkungen darauf beruhend festgelegt werden, in welchem Bereich der Lebensdauer der Stapel gerade arbeitet.
  12. System nach Anspruch 10, wobei der Proportional-Teil des Proportional-Integral-Reglers nur aktiv ist, wenn das Spannungsdifferenzsignal negativ ist.
  13. System nach Anspruch 10, wobei der Integral-Teil des Proportional-Integral-Reglers mit Verzögerungs- und Rückstellregelungen aktiviert und deaktiviert wird, wobei die Verzögerungsregelung nur aktiviert wird, wenn das Spannungsdifferenzsignal kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, und die Rückstell-Regelung den Regler zurückstellt, wenn das Spannungsdifferenzsignal kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist.
  14. System nach Anspruch 13, wobei der erste Schwellenwert kleiner als der zweite Schwellenwert ist.
  15. System nach Anspruch 10, wobei das Spannungssollwertsignal bei Größerwerden des Stromdichteausgangsignals abnimmt.
  16. Verfahren zum Begrenzen des Ausgangsstroms eines Brennstoffzellenstapels, wobei das Verfahren umfasst: Umwandeln eines Ausgangsstromsignals des Brennstoffzellenstapels in einem Spannungssollwertsignal; Bilden eines Spannungsdifferenzsignals zwischen dem Spannungssollwertsignal und einem Ausgangsspannungssignal des Brennstoffzellenstapels; Erzeugen eines Strombegrenzungssignals auf der Basis des Spannungsdifferenzsignals und eines von der sich über die Lebensdauer des Brennstoffzellenstapels ändernden maximal aufbringbaren Stapelleistung abhängigen Regelungssignals; Wählen des kleineren von dem Strombegrenzungssignal und einem Stromanforderungssignal; und Liefern des kleineren Stromsignals an den Brennstoffzellenstapel, um dadurch den von dem Brennstoffzellenstapel maximal abrufbaren Strom festzulegen.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, welches weiterhin beruhend auf einer aus dem Ausgangsspannungssignal und dem Ausgangsstromsignal des Brennstoffzellenstapels berechneten Polarisationskurve des Brennstoffzellenstapels das Schätzen von Systemparametern umfasst, die das Regelungssignal festlegen.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Vorsehen eines Strombegrenzungssignals das Verwenden eines Proportional-Integral-Reglers umfasst und wobei das Regelungssignal eine Proportionalverstärkung und eine Integralverstärkung umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Proportional- und Integralverstärkungen darauf beruhend festgelegt werden, in welchem Bereich der Lebensdauer der Stapel gerade arbeitet.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Proportional-Teil des Proportional-Integral-Reglers nur aktiv ist, wenn das Spannungsdifferenzsignal negativ ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Integral-Teil des Proportional-Integral-Reglers mit Verzögerungs- und Rückstellregelungen aktiviert und deaktiviert wird, wobei die Verzögerungsregelung nur aktiviert wird, wenn das Spannungsdifferenzsignal kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, und die Rückstell-Regelung den Regler zurückstellt, wenn das Spannungsdifferenzsignal kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist.
  22. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Spannungssollwertsignal bei Größerwerden des Stromdichteausgangsignals abnimmt.
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