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TECHNISCHES GEBIET
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Das
Gebiet, auf das sich die Offenbarung im Allgemeinen bezieht, umfasst
Brennstoffzellen und zugehörige
Betriebsverfahren.
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HINTERGRUND
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Brennstoffzellen
sind elektrochemische Energieumwandlungsvorrichtungen, die Eingänge von
Wasserstoff und Sauerstoff in einer katalysierten Reaktion verwenden,
um ein Nebenprodukt von Wasser und eine Nutzausgabe von Elektrizität zu erzeugen.
Einzelne Brennstoffzellen werden gewöhnlich elektrisch in Reihe geschaltet,
um einen Stapel zu bilden. Ein Stapel aus 200 Brennstoffzellen,
wovon jede etwa 0,75 Volt erzeugen kann, kann beispielsweise etwa
150 Volt ausgeben. Die Stapelspannung wird überwacht, um einen guten Stapelbetrieb
sicherzustellen, und einzelne Zellenspannungen können überwacht werden, um Niederspannungsbedingungen
festzustellen, die einen reduzierten Betrieb oder sogar ein Abschalten
des Stapels oder eines ganzen Brennstoffzellensystems mit dem Stapel
auslösen
können.
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Allerdings
kann die direkte Messung der Spannung von jeder einzelnen Brennstoffzelle
komplex und hinsichtlich des Aufwands untragbar sein. Um die Spannungsmessungen
zu minimieren, werden benachbarte Brennstoffzellen häufig zu
Gruppen zusammengefasst und eine Spannung von jeder Gruppe wird überwacht und
minimale Zellenspannungen werden über die Gruppen abgeschätzt. Typische
Verfahren zur Abschät zung der
minimalen Spannung nehmen jedoch an, dass sich nur eine minimal
arbeitende Zelle in jeder Gruppe befindet und dass die anderen Zellen
in jeder Gruppe auf einer mittleren Zellenspannung des gesamten
Stapels liegen.
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ZUSAMMENFASSUNG VON BEISPIELHAFTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
beispielhafte Ausführungsform
kann ein Verfahren umfassen, das umfasst:
Messen der Stapelspannung
eines Brennstoffzellenstapels;
Berechnen einer mittleren Zellenspannung
(νC,ave) für
den Stapel;
Messen von Gruppenspannungen von mehreren Gruppen
von Brennstoffzellen des Stapels;
Identifizieren einer Gruppe
der mehreren Gruppen mit einer minimalen Gruppenspannung (νG,min),
die niedriger ist als die gemessenen Gruppenspannungen eines Rests
der mehreren Gruppen;
Berechnen einer Gruppenspannungsabweichung
(Y) für
die identifizierte Gruppe durch Multiplizieren der Menge von Brennstoffzellen
(NM) der identifizierten Gruppe mit der
berechneten mittleren Zellenspannung und dann Subtrahieren der gemessenen
Gruppenspannung der identifizierten Gruppe; und
Abschätzen einer
minimalen Zellenspannung (νGC,min) der identifizierten Gruppe gemäß einer
Funktion, wobei:
dann, wenn Y kleiner oder gleich einem Wert
ist, νGC,min gleich νG,min minus
(NM – 1)·(νC,ave)
ist; und
dann, wenn Y größer als
der Wert ist, νGC,min gleich νG,min,
multipliziert mit einer Konstante, und/oder νG,min plus eine
Variable ist.
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Eine
weitere beispielhafte Ausführungsform
kann ein Verfahren umfassen, das einschließt a) Identifizieren einer
Gruppe von mehreren Gruppen von Brennstoffzellen eines Brennstoffzellenstapels
mit einer minimalen Gruppenspannung (νG,min),
die niedriger ist als irgendeine Gruppenspannung eines Rests der
mehreren Gruppen; b) Berechnen einer Gruppenspannungsabweichung
(Y) für
die identifizierte Gruppe durch Multiplizieren der Menge von Brennstoffzellen
(NM) der identifizierten Gruppe mit einer
mittleren Zellenspannung (νC,ave) des Brennstoffzellenstapels und dann
Subtrahieren der minimalen Gruppenspannung; und c) Abschätzen einer
minimalen Zellenspannung (νGC,min) der identifizierten Gruppe gemäß einer
Funktion mit einem Schritt, in dem dann, wenn Y geringer als oder
gleich einem Wert ist, νGC,min gleich νG,min minus
(NM – 1)·(νC,ave) ist.
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Eine
weitere beispielhafte Ausführungsform
kann ein Produkt umfassen, das einen Brennstoffzellenstapel mit
mehreren Brennstoffzellen umfasst, von denen zumindest einige zu
mehreren Gruppen zusammengefasst sind. Das Produkt kann auch eine
Spannungsüberwachungsvorrichtung
umfassen, die mit dem Brennstoffzellenstapel gekoppelt ist, um die
Stapelspannung des Brennstoffzellenstapels und Gruppenspannungen von
zumindest einigen der mehreren Gruppen zu messen. Das Produkt kann
ferner einen Controller umfassen, der mit der Spannungsüberwachungsvorrichtung
gekoppelt ist, um:
die mittlere Zellenspannung (νC,ave)
für den
Stapel zu berechnen,
eine Gruppe der mehreren Gruppen mit einer
minimalen Gruppenspannung (νG,min), die niedriger ist als die gemessenen
Gruppenspannungen eines Rests der mehreren Gruppen, zu identifizieren,
eine
Gruppenspannungsabweichung (Y) für
die identifizierte Gruppe durch Multiplizieren der Menge von Brennstoffzellen
(NM) der identifizierten Gruppe mit der
berechneten mittleren Zellenspannung und dann Subtrahieren der gemessenen
Gruppenspannung der identifizierten Gruppe zu berechnen, und
eine
minimale Zellenspannung (νGC,min) der identifizierten Gruppe gemäß einer
Funktion abzuschätzen,
wobei:
dann, wenn Y kleiner oder gleich einem Wert ist, νGC,min gleich νG,min minus
(NM – 1)·(νC,ave)
ist; und
dann, wenn Y größer als
der Wert ist, νGC,min gleich νG,min,
multipliziert mit einer Konstante, und/oder νG,min plus eine
Variable ist.
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Eine
zusätzliche
beispielhafte Ausführungsform
kann ein Produkt umfassen, das ein Mittel zum Identifizieren einer
Gruppe von mehreren Gruppen von Brennstoffzellen eines Brennstoffzellenstapels
mit einer minimalen Gruppenspannung (νG,min)
umfasst, die niedriger ist als irgendeine Gruppenspannung eines
Rests der mehreren Gruppen. Das Produkt umfasst auch ein Mittel
zum Berechnen einer Gruppenspannungsabweichung (Y) für die identifizierte
Gruppe durch Multiplizieren der Menge von Brennstoffzellen (NM) der identifizierten Gruppe mit einer mittleren
Zellenspannung (νC,ave) des Brennstoffzellenstapels und dann
Subtrahieren der minimalen Gruppenspannung. Das Produkt umfasst
ferner ein Mittel zum Abschätzen
einer minimalen Zellenspannung (νGC,min) der identifizierten Gruppe gemäß einer
Funktion mit einem Schritt, in dem dann, wenn Y kleiner oder gleich
einem Wert ist, νGC,min gleich νG,min minus
(NM – 1)·(νC,ave)
ist.
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Weitere
beispielhafte Ausführungsformen
werden aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung ersichtlich.
Selbstverständlich
sind die ausführliche
Beschreibung und die speziellen Beispiele, obwohl sie beispielhafte
Ausführungsformen
offenbaren, nur für
Erläuterungs zwecke
bestimmt und sollen den Schutzbereich der Ansprüche nicht begrenzen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Beispielhafte
Ausführungsformen
werden aus der ausführlichen
Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen vollständiger verständlich,
in denen:
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1 eine
schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems
mit einem Brennstoffzellenstapel von einzelnen Brennstoffzellen
ist;
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2 eine
schematische Teilansicht einer beispielhaften Ausführungsform
einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels von 1 ist;
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3 ein
Ablaufplan einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens
zum Abschätzen
der minimalen Spannung von Brennstoffzellen ist;
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4 eine
Tabelle von Ergebnissen eines Verfahrens des Standes der Technik
im Vergleich zu Ergebnissen der beispielhaften Ausführungsform
von 3 ist;
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5 ein
Fehlerhistogramm des Standes der Technik von Abschätzungen
der minimalen Spannung als Ergebnis der Verwendung eines herkömmlichen
Spannungsabschätzungsverfahrens
ist; und
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6 ein
erläuterndes
Fehlerhistogramm von Abschätzungen
der minimalen Spannung als Ergebnis der Verwendung des beispielhaften
Verfahrens von 3 ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
folgende Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen) ist dem Wesen
nach lediglich erläuternd
und soll keineswegs die Ansprüche,
ihre Anwendung oder ihre Verwendungen begrenzen.
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Eine
beispielhafte Betriebsumgebung ist in 1 dargestellt
und kann verwendet werden, um ein oder mehrere gerade offenbarte
Verfahren zum Abschätzen
der minimalen Spannung von Brennstoffzellen zu implementieren. Die
Verfahren können
unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Systems ausgeführt werden
und können
insbesondere in Verbindung mit einem Brennstoffzellensystem wie
z. B. dem System 10 ausgeführt werden. Die folgende Systembeschreibung
stellt einfach einen kurzen Überblick über ein
beispielhaftes Brennstoffzellensystem bereit, aber andere Systeme
und Komponenten, die hier nicht gezeigt sind, könnten auch das gerade offenbarte
Verfahren unterstützen.
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Im
Allgemeinen kann das Brennstoffzellensystem 10 eine Brennstoffquelle 12,
eine Oxidationsmittelquelle 14 und einen Brennstoffzellenstapel 16,
der mit der Brennstoff- und der Oxidationsmittelquelle 12, 14 gekoppelt
ist, umfassen.
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Die
Brennstoffquelle 12 kann eine Wasserstoffquelle sein und
die Oxidationsmittelquelle 14 kann eine Quelle für Sauerstoff
wie z. B. Sauerstoff in Luft sein. Die Quellen 12, 14 können beliebige
geeignete Speichertanks, Pumpen, Kompressoren, eine Leitung oder
beliebige andere geeignete Komponenten und/oder Vorrichtungen umfassen.
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Der
Stapel 16 kann Endplatten 18, 20 und
mehrere einzelne Brennstoffzellen 22 zwischen den Endplatten 18, 20 umfassen,
um elektrische Leistung aus einer Reaktion von Brennstoff und Oxidationsmittel,
die von der Brennstoff- und der Oxidationsmittelquelle 12, 14 empfangen
werden, zu erzeugen. Die Brennstoffzellen 22 können in
mehrere Brennstoffzellengruppen G1 bis GN zusammengefasst sein. Eine beliebige geeignete Menge
von einzelnen Brennstoffzellen kann in den Gruppen G1 bis
GN vorgesehen sein.
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Das
Brennstoffzellensystem 10 kann auch eine Spannungsüberwachungsvorrichtung 24 umfassen, die
mit dem Stapel 16 gekoppelt ist, um Spannungen von einer
oder mehreren der Gruppen und/oder eine Stapelspannung, die durch
das Symbol VS veranschaulicht ist, zu überwachen.
In einer erläuternden
Ausführungsform
kann die Vorrichtung 24 eine Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung
(CVM) sein. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann die Vorrichtung 24 ein
Abschnitt eines Brennstoffzellen-Controllers sein.
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Das
System 10 kann ferner einen Controller 26 umfassen,
der beispielsweise eine elektrische Schaltung, eine elektronische
Schaltung oder einen elektronischen Chip und/oder eine Rechenvorrichtung
umfassen kann. In der Rechenvorrichtungsausführungsform kann der Controller 26 im
Allgemeinen eine oder mehrere Schnittstellen 28, Prozessoren 30 und
Speichervorrichtungen 32 zum Steuern des Betriebs des Systems 10 umfassen.
Im Allgemeinen kann der Controller 26 eine Eingabe zumindest
von der Spannungsüberwachungsvorrichtung 24 empfangen
und angesichts gespeicherter Befehle und/oder Daten verarbeiten
und Ausgangs signale zumindest zur Brennstoff- und zur Oxidationsmittelquelle 12, 14 übertragen,
beispielsweise um die Ausgabe des Stapels 16 zu erhöhen oder
zu verringern.
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Der
Prozessor (die Prozessoren) 30 kann (können) Befehle ausführen, die
zumindest einen Teil der Funktionalität für das System 10 bereitstellen.
Wie hierin verwendet, kann der Begriff Befehle beispielsweise eine
Steuerlogik, eine Computersoftware und/oder Computerfirmware, programmierbare
Befehle oder andere geeignete Befehle umfassen. Der Prozessor (die
Prozessoren) 30 kann (können)
beispielsweise einen oder mehrere Mikroprozessoren, Mikrocontroller,
anwendungsspezifische integrierte Schaltungen und/oder irgendeinen
anderen geeigneten Typ von Verarbeitungsvorrichtung(en) umfassen.
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Die
Speichervorrichtung(en) 32 kann (können) so konfiguriert sein,
dass sie eine Speicherung für
Daten, die vom System 10 empfangen oder in dieses geladen
werden, und/oder für
vom Prozessor ausführbare Befehle
bereitstellt (bereitstellen). Die Daten und/oder Befehle können beispielsweise
als Nachschlagetabellen, Formeln, Algorithmen, Karten, Modelle und/oder
irgendein anderes geeignet Format gespeichert werden. Die Speichervorrichtung(en) 32 kann
(können)
beispielsweise RAM, ROM, EPROM und/oder irgendeinen anderen geeigneten
Typ von Speichervorrichtungen) umfassen.
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Die
Schnittstelle(n) 28 kann (können) beispielsweise Analog/Digital-
oder Digital-Analog-Umsetzer, Signalformer, Verstärker, Filter,
andere elektronische Vorrichtungen oder Softwaremodule und/oder
irgendeine (irgendwelche) andere(n) geeignete(n) Schnittstellen)
umfassen. Die Schnittstelle(n) 28 kann (können) beispielsweise
einer RS-232-, parallelen, Kleincomputersystem-Schnittstelle, einem
universellen seriellen Bus, CAN, MOST, LIN, FlexRay und/oder (einem)
beliebigen anderen geeigneten Protokoll(en) entsprechen. Die Schnittstellen) 28 kann
(können)
Schaltungen, eine Software, Firmware oder irgendeine andere Vorrichtung umfassen,
um den Controller 26 bei der Kommunikation mit anderen
Vorrichtungen zu unterstützen
oder diese zu ermöglichen.
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Obwohl
nicht gezeigt, kann das System 10 schließlich auch
verschiedene Leitung[en], Ventile, Pumpen, Kompressoren, Kühlmittelquellen,
Temperatursensoren und beliebige andere geeignete Komponenten und/oder
Vorrichtungen umfassen. Der Fachmann auf dem Gebiet ist mit der
allgemeinen Struktur und Funktion solcher Elemente von Brennstoffzellensystemen
vertraut, so dass eine vollständigere
Beschreibung hier nicht notwendig ist.
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Wie
in 2 gezeigt, kann eine beispielhafte der Brennstoffzellen 22 eine
Katodenseite 34, eine Anodenseite 36, einen Elektrolytabschnitt 38,
der zwischen die Katoden- und die Anodenseite 34, 36 eingefügt ist,
und eine elektrische Schaltung 40 über der Katoden- und der Anodenseite 34, 36 umfassen.
Druckwasserstoff wird der Anodenseite 36 zugeführt und
Drucksauerstoff (in Luft) wird der Katodenseite 34 zugeführt.
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Die
Anodenseite 36 kann ein Anodendiffusionsmedium 42 und
einen Anodenkatalysator 44 umfassen, der den Wasserstoff
in Elektronen und Protonen spaltet. Überschüssiger Wasserstoff strömt von der
Anodenseite 36 weg und kann durch den Stapel 16 oder
zurück
zur Brennstoffquelle 12 (1) zurückgeführt werden. Da
der Elektrolytabschnitt ein H±-Ionen-Leiter ist, wandern
die Protonen von der Anodenseite 36 durch den Elektrolytabschnitt 38 zur
Katodenseite 34. Da jedoch der Elektrolytabschnitt 38 auch
ein elektrischer Isolator ist, zwingt er die Elektronen dazu, durch
die elektrische Schaltung 40 zu fließen, um auf dem Weg zur Katodenseite 34 der
Brennstoffzelle 22 Nutzarbeit zu leisten.
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Die
Katodenseite 34 kann ein Katodendiffusionsmedium 46 und
einen Katodenkatalysator 48 umfassen, der den Drucksauerstoff
(in Luft) für
die Kombination mit den Protonen, die von der Anodenseite 36 durch den
Elektrolytabschnitt 38 fließen, und mit den Elektronen,
die durch die elektrische Schaltung 40 fließen, elektrisch
katalysiert, wodurch Wasser als Nebenprodukt der Reaktion geliefert
wird.
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Eine
elektrische Last 50 kann in der Schaltung 40 über leitenden
Platten angeschlossen sein, die eine Katodenplatte 52 auf
der Katodenseite 34 und eine Anodenplatte 54 auf
der Anodenseite 36 umfassen können. Die Platten 52, 54 können bipolare
Platten sein, wenn sie zu einer anderen Brennstoffzelle (nicht dargestellt) benachbart
sind, oder können
die Endplatten 18, 20 sein, wenn sie sich an den
Enden des Brennstoffzellenstapels 16 (1)
befinden.
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Eine
weitere Ausführungsform
kann ein Verfahren zum Abschätzen
der minimalen Spannung von Brennstoffzellen umfassen, das zumindest
teilweise als ein oder mehrere Computerprogramme innerhalb der Betriebsumgebung
des vorstehend beschriebenen Systems 10 ausgeführt werden
kann. Der Fachmann auf dem Gebiet wird auch erkennen, dass ein Verfahren
gemäß irgendeiner
Anzahl von Ausführungsformen
unter Verwendung von anderen Brennstoffzellensystemen innerhalb
anderer Betriebsumgebungen ausgeführt werden kann. In 3 ist
nun ein beispielhaftes Verfahren 300 in Ablaufplanform
dargestellt. Während
die Beschreibung des Verfahrens 300 fortschreitet, wird
auf das beispielhafte System 10 von 1 Bezug
genommen.
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In
Schritt 310 kann das Verfahren in einer beliebigen geeigneten
Weise eingeleitet werden, beispielsweise bei der Inbetriebnahme
eines Brennstoffzellenstapels.
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In
Schritt 320 kann eine Stapelspannung eines Brennstoffzellenstapels
gemessen werden. Die Spannungsüberwachungsvorrichtung 24 kann
beispielsweise als Mittel zum Messen der Stapelspannung (νS)
des Stapels 16 verwendet werden.
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In
Schritt 330 kann eine mittlere Zellenspannung für einen
Brennstoffzellenstapel berechnet werden. Der Controller 26 kann
beispielsweise als Mittel zum Dividieren der gemessenen Stapelspannung
durch die Menge von einzelnen Brennstoffzellen 22 im Stapel 16 verwendet
werden, um die mittlere Zellenspannung (νC,ave)
zu liefern.
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In
Schritt 340 können
eine oder mehrere Gruppenspannungen von mehreren Gruppen von Brennstoffzellen
eines Brennstoffzellenstapels gemessen werden. Die Spannungsüberwachungsvorrichtung 24 kann beispielsweise
als Mittel zum Messen der Spannungen von einer oder mehreren der
Brennstoffzellengruppen G1 bis GN verwendet werden.
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In
Schritt 350 kann eine Gruppe von mehreren Gruppen von Brennstoffzellen
als eine minimale Gruppenspannung (νG,min)
aufweisend identifiziert werden, die niedriger ist als gemessene
Gruppenspannungen eines Rests der mehreren Gruppen. Der Controller 26 kann
beispielsweise als Mittel zum Vergleichen aller gemessenen Gruppenspannungen
der mehreren Gruppen und zum Identifizieren der niedrigsten davon
als minimale Gruppenspannung (νG,min) verwendet werden.
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In
Schritt 360 kann eine Gruppenspannungsabweichung (Y) für eine Gruppe
berechnet werden, die als eine minimale Gruppenspannung (νG,min)
aufweisend identifiziert wurde. Der Controller 26 kann
beispielsweise als Mittel zum Berechnen der Abweichung (Y) durch
Multiplizieren der Menge von Brennstoffzellen (NM) der
identifizierten Gruppe mit der berechneten mittleren Zellenspannung
aus Schritt 330 und dann Subtrahieren der gemessenen Gruppenspannung
der identifizierten Gruppe aus Schritt 350 von diesem Produkt
verwendet werden. Mit anderen Worten Y = NM·νC,ave – νG,min.
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In
Schritt 370 kann eine minimale Zellenspannung (νGC,min)
einer Gruppe, die als eine minimale Gruppenspannung (νG,min)
aufweisend identifiziert wurde, gemäß einer Funktion berechnet
werden. Der Controller 26 kann beispielsweise als Mittel
zum Berechnen der minimalen Zellenspannung (νGC,min)
durch die folgenden Schritte der Funktion verwendet werden.
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In
einem ersten Schritt der Funktion ist dann, falls Y geringer als
oder gleich einem Wert, beispielsweise einem ersten Wert, ist, νGC,min gleich νG,min minus
(NM – 1)·(νC,ave).
Der erste Wert kann etwa 700 mV +/– 100 mV sein. Wie in dieser
ganzen Beschreibung verwendet, umfasst der Begriff etwa plus oder
minus 15%.
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In
einem zweiten Schritt der Funktion ist gemäß einer ersten Ausführungsform
dann, falls Y größer ist als
der erste Wert, νGC,min gleich νG,min,
multipliziert mit einer Konstante. Die Konstante kann etwa 1/3 sein.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des zweiten Schritts ist dann, falls Y größer als oder gleich dem ersten
Wert ist, ν
GC,min gleich ν
G,min plus
eine Variable. Die Variable kann auf der Stromdichte basieren und kann in
einer Nachschlagetabelle bereitgestellt sein, die im Speicher
32 gespeichert
sein kann und vom Prozessor
30 des Controllers
26 ausgeführt werden
kann. Die Eingangsparameter in die Nachschlagetabelle können beispielsweise
Y und die Stromdichte als Angabe des Verlusts des Anodenpotentials
umfassen. Nachstehend stellt die Tabelle 1 beispielhafte Ausgangsvariablen
unter Verwendung von Bereichen von Y als eine Eingabe und Bereichen
der Stromdichte als andere Eingabe dar.
TABELLE
1
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des zweiten Schritts ist dann, falls Y größer als der erste Wert, aber
geringer als ein zweiter Wert ist, νGC,min gleich νG,min,
multipliziert mit einer ersten Konstante, die dieselbe wie die vorstehend
erwähnte
Konstante sein kann. Der zweite Wert kann etwa 1400 mV sein.
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In
einem dritten Schritt der Funktion ist dann, falls Y größer als
oder gleich dem zweiten Wert ist, νGC,min gleich νG,min,
multipliziert mit einer zweiten Konstante. Die zweite Konstante
kann etwa 2/3 sein.
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Die
Funktion des Verfahrensschritts 370 kann weniger oder mehr
Schritte als die hierin dargelegten umfassen. Die Anzahl von Schritten
der Funktion kann auf der Basis irgendeines geeigneten Stapels und/oder irgendwelcher
geeigneten Systemparameter, die dem Fachmann auf dem Gebiet gut
bekannt sind, wie z. B. Stapelgesundheit, Stapelwassermenge und
Stapeltemperatur, bestimmt werden. Ferner wird der Fachmann auf
dem Gebiet erkennen, dass die Funktion in irgendeiner geeigneten
Weise geglättet
werden kann, um irgendwelche Diskontinuitäten zwischen den Schritten
anzugehen. Die Konstanten können
auch auf der Basis irgendeines geeigneten Stapels und/oder irgendwelcher
geeigneter Systemparameter, die dem Fachmann auf dem Gebiet gut
bekannt sind, bestimmt werden, wie z. B. mittlere Stapelspannung,
Stapelgesundheit und -lebensdauer, Stapel- und/oder Systemmodus
(Inbetriebnahme, Abschalten, Einfrieren, Betrieb, Bereitschaft) und
Feuchtigkeits- oder Temperatursollwerte.
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In
Schritt 380 kann das Verfahren in einer beliebigen geeigneten
Weise, beispielsweise beim Abschalten eines Brennstoffzellenstapels,
beendet werden.
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Das
Verfahren kann als Computerprogramm durchgeführt werden und die verschiedenen
Spannungen, Konstanten, Werte und irgendwelche anderen Parameter
können
in einem Speicher als Nachschlagetabelle oder dergleichen gespeichert
werden. Das Computerprogramm kann in einer Vielfalt von sowohl aktiven als
auch inaktiven Formen existieren. Das Computerprogramm kann beispielsweise
als Softwareprogramm(e), das (die) aus Programmbefehlen in einem
Quellencode, Objektcode, ausführbaren
Code oder anderen Formaten besteht (bestehen); Firmwareprogramm(e);
oder Hardwarebeschreibungssprachdateien (HDL-Dateien) existieren.
Beliebige der obigen können
auf einem computerlesbaren oder für den Computer verwendbaren Medium
ausgedrückt
sein, die eine oder mehrere Speichervorrichtungen und/oder Signale
in komprimierter oder unkomprimierter Form umfassen. Beispielhafte
für den
Computer verwendbare Speichervorrichtungen umfassen einen herkömmlichen
RAM (Direktzugriffsspeicher), ROM (Festwertspeicher), EPROM (löschbaren, programmierbaren
ROM), EEPROM (elektrisch löschbaren,
programmierbaren ROM) eines Computersystems und magnetische oder
optische Platten oder Bänder.
Selbstverständlich
kann daher das Verfahren zumindest teilweise durch irgendeine (irgendwelche)
Vorrichtung(en) durchgeführt
werden, die die vorstehend beschriebenen Funktionen ausführen kann
(können).
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4 stellt
einen Vergleich von beispielhaften Ergebnisseen eines Verfahrens
des Standes der Technik zum Abschätzen der minimalen Zellenspannung
und von Ergebnissen einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden
Verfahrens zum Abschätzen
der minimalen Zellenspannung dar. Um die Verbesserung der Abschätzung der
minimalen Spannung zu bewerten, die gemäß den technischen Lehren hierin
erhalten werden kann, wurde ein Brennstoffzellenstapel zum Testen
verwendet.
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Der
Brennstoffstapel enthielt im Allgemeinen 301 einzelne Brennstoffzellen
und 149 Brennstoffzellengruppen mit zwei Zellen in jeder Gruppe.
Für Testzwecke
wurde eine Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung
verwendet, um die Spannung aller einzelnen Zellen zu messen, und
die Zellengruppenspannung wurde durch Zusammenaddieren von Gruppen
von zwei Zellenspannungen simuliert, wobei die minimale Spannung der
Zellengruppen bestimmt wurde. Die Stromdichte (Strom/Zellenfläche) im
Stapel variierte auch von 0,1 A/cm2 bis
0,9 A/cm2.
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Mehrere
Messungen A bis K wurden am gleichen Brennstoffzellenstapel durchgeführt, einschließlich einer
stapelweiten mittleren Zellenspannung, die durch Dividieren einer
gesamten Stapelspannung durch die Anzahl von einzelnen Brennstoffzellen
im Stapel berechnet wurde. Die Gruppe M stellt die Gruppe von Brennstoffzellen
im Stapel dar, die die niedrigste Spannung für die gegebene Messprobe hatte.
Die Gruppe M kann dieselbe aktuelle Gruppe von Zellen von Proben
zu Probe sein oder nicht. Für
die Zwecke der Überprüfung der
Ergebnisse des Experiments wurden die Spannungen von einzelnen Brennstoffzellen
(Zelle 1 und Zelle 2) der Gruppe M gemessen. Wie gezeigt, wurden
andere Spannungen bestimmt oder berechnet, einschließlich der
aktuellen minimalen Zellenspannung in der Gruppe M, der Gesamtspannung
der Gruppe M und der mittleren Zellenspannung der Gruppe M.
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Gemäß dem alten
Verfahren des Standes der Technik ist die abgeschätzte minimale
Spannung gleich der Gesamtspannung der Gruppe M minus der stapelweiten
mittleren Zellenspannung. Der Fehler im Verfahren des Standes der
Technik wurde durch Subtrahieren der abgeschätzten minimalen Spannung der
Gruppe M von der gemessenen, aktuellen minimalen Spannung der Gruppe
M berechnet. Die Absolutfehlerwerte wurden bestimmt und der mittlere
Fehler, der aus den Absolutfehlerwerten berechnet wurde, wurde als
352 Millivolt bestimmt.
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Gemäß der beispielhaften
Ausführungsform
des gerade offenbarten Verfahrens kann die abgeschätzte minimale
Spannung durch die in 4 gezeigte Funktion berechnet
werden. Der Fehler in der beispielhaften Ausführungsform wurde durch Subtrahieren
der abgeschätzten
minimalen Spannung der Gruppe M von der gemessenen, aktuellen minimalen
Spannung der Gruppe M berechnet. Die Absolutfehlerwerte wurden bestimmt
und der mittlere Fehler, der aus den Absolutfehlerwerten berechnet
wurde, wurde als 193 Millivolt bestimmt, was zumindest in diesem
Beispiel fast die Hälfte
von jenem des Verfahrens des Standes der Technik ist.
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5 des
Standes der Technik und 6 demonstrieren einen weiteren
Vergleich von beispielhaften Ergebnissen eines Verfahrens des Standes
der Technik zum Abschätzen
der minimalen Zellenspannung und Ergebnissen einer beispielhaften
Ausführungsform
des vorliegenden Verfahrens zum Abschätzen der minimalen Zellenspannung.
Um die Verbesserung der Abschätzung
der minimalen Spannung auszuwerten, die gemäß den technischen Lehren hierin
erhalten werden kann, wurde ein Brennstoffzellenstapel zum Testen
verwendet.
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Derselbe
Testaufbau wurde verwendet, wie vorstehend mit Bezug auf 4 beschrieben.
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5 des
Standes der Technik ist ein Fehlerhistogramm der abgeschätzten Spannung
in mV als Ergebnis der Verwendung eines anderen Verfahrens des Standes
der Technik zum Abschätzen
der minimalen Zellenspannung, wobei die abgeschätzte minimale Spannung gleich
nur der Gesamtspannung der Gruppe M minus der Anzahl von Zellen
der Gruppe M minus eins, und multipliziert mit der stapelweiten
mittleren Zellenspannung ist. Anders ausgedrückt νGC,min = νG,min – (NM – 1)·(νC,ave).
Der Fehlerbereich wurde als etwa 1280 mV mit einem mittleren Fehler
von etwa 1317 mV und einer Standardabweichung von etwa 239 mV bestimmt.
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6 ist
ein Fehlerhistogramm der abgeschätzten
Spannung in mV als Ergebnis der Verwendung der beispielhaften Ausführungsform
des gerade offenbarten Verfahrens. Der Fehlerbereich wurde als etwa
700 mV mit einem mittleren Fehler von etwa 156 Millivolt und einer
Standardabweichung von etwa 197 mV bestimmt.
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Die
obige Beschreibung von Ausführungsformen
ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft, weshalb Abwandlungen
davon nicht als Abweichung vom Gedanken und Schutzbereich der Ansprüche betrachtet
werden sollen.
