DE102009051698A1 - Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems mit wenigstens einer Brennstoffzelle (engas und Kathodengas und einer Luftversorgungsvorrichtung (12) zum Zuführen von als Kathodengas dienender Frischluft zu der wenigstens einen Brennstoffzelle wird ein Verhältnis zwischen einer Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate (Q) durch die Luftversorgungsvorrichtung (12) und einer Strom- oder Leistungsabgabe (I) der wenigstens einen Brennstoffzelle (10) derart geregelt, dass ein Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems maximal wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Brennstoffzellensysteme umfassen üblicherweise wenigstens eine Brennstoffzelle zum Generieren von elektrischem Strom aus Anodengas und Kathodengas. Zum Zuführen an als Kathodengas dienender Frischluft zu der wenigstens einen Brennstoffzelle ist im Allgemeinen eine (Frisch-)Luftversorgungsvorrichtung vorgesehen. Als Anodengas kann zum Beispiel ein Wasserstoffgas enthaltendes Brenngas verwendet werden.
  • Brennstoffzellensysteme sind für stationäre Anwendungen, für mobile Anwendungen und als Fahrzeugantriebe im Einsatz.
  • Derzeit verfügbare Brennstoffzellensysteme werden typischerweise basierend auf ein oder zwei Parametern optimiert betrieben. Die am häufigsten verwendeten Parameter sind dabei die maximale Ausgangsleistung und die Betriebslast.
  • Die DE 103 92 588 T5 schlägt ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems vor, bei dem ein Verteilerdruckeinstellpunkt eines Luftverteilers für mehrere Komponenten des Brennstoffzellensystems auf Grundlage mehrerer Faktoren bestimmt wird. Diese Faktoren basieren auf der Stabilität des Brennstoffzellensystems, den minimalen und maximalen Drücke der Luftversorgungsvorrichtung für einen vorbestimmten Luftdurchlass und dem Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems.
  • Aus der US 2008/0152959 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems bekannt, bei welchem das Brennstoffzellensystem in zwei Betriebsmodi betrieben werden kann, welche ausgerichtet sein können auf die Maximierung der Ausgangsleistung, des Wirkungsgrades des Systems, der Zuverlässigkeit, der Lebensdauer und/oder der Rendite.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das Brennstoffzellensystem umfasst wenigstens eine Brennstoffzelle zum Generieren von elektrischem Strom aus Anodengas und Kathodengas und einer Luftversorgungsvorrichtung zum Zuführen von als Kathodengas dienender Frischluft zu der wenigstens einen Brennstoffzelle. Im Betrieb des Brennstoffzellensystems wird ein Verhältnis zwischen einer Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate durch die Luftversorgungsvorrichtung und einer Strom- oder Leistungsabgabe der wenigstens einen Brennstoffzelle derart geregelt wird, dass ein Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems maximal wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer Erhöhung des Systemwirkungsgrades. Hierdurch kann der Treibstoffverbrauch des Brennstoffzellensystems weiter abgesenkt werden.
  • Die herkömmlichen Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems versuchen, durch Ermittlung eines optimalen Betriebspunktes das Maximum der Nettoleistung des Systems zu erreichen, und berücksichtigen dabei nicht, dass sich dieser Betriebspunkt abhängig von den Umgebungsbedingungen ändern kann. Typischerweise wird das Verhältnis (Lambdawert) von Luftversorgungsmenge zur Brennstoffzellenstrom sogar über den gesamten Betriebsbereich konstant gehalten und es wird mit großem Aufwand versucht, die Umgebungsbedingungen möglichst konstant zu halten.
  • In dem Verfahren der Erfindung werden dagegen automatisch auch Randbedingungen des Brennstoffzellensystems mit berücksichtigt. Diese müssen dabei nicht selbst bekannt sein oder erfasst werden.
  • Zur Durchführung des Verfahrens sind nur relativ wenige bzw. kostengünstige Sensoren erforderlich. Außerdem besitzt das vorgeschlagene Betriebsverfahren eine hohe Dynamik.
  • Das Verfahren der Erfindung ist für Brennstoffzellensysteme in stationären Anwendungen, in mobilen Anwendungen und für Fahrzeugantriebe gleichermaßen in vorteilhafter Weise einsetzbar. Es können sowohl Elektrofahrzeuge als auch Hybridfahrzeuge mit einem Brennstoffzellensystem ausgestattet werden. Das Brennstoffzellensystem versorgt den Elektromotor und/oder elektrische Verbraucher des jeweiligen Fahrzeugs mit elektrischer Energie.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung werden zur Regelung des Verhältnisses die folgenden Schritte durchgeführt:
    • – Erfassen der Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate durch die Luftversorgungsvorrichtung;
    • – Berechnen einer möglichen Strom- oder Leistungsabgabe der wenigstens einen Brennstoffzelle auf Basis der erfassten Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate;
    • – Korrigieren der berechneten möglichen Strom- oder Leistungsabgabe der wenigstens einen Brennstoffzelle mit einem ersten Korrekturfaktor; und
    • – Verändern des ersten Korrekturfaktors derart, dass der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems maximal wird.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung werden zum Erfassen der Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate durch die Luftversorgungsvorrichtung eine Kathodenluftmenge oder -rate am Eingang der wenigstens einen Brennstoffzelle, eine Kathodenluftmenge oder -rate am Ausgang der wenigstens einen Brennstoffzelle, eine Kathodenluftmenge oder -rate am Eingang der Luftversorgungsvorrichtung, wenigstens eine mechanische oder elektrische Betriebsgröße der Luftversorgungsvorrichtung und/oder eine Strom- oder Leistungsaufnahme der Luftversorgungsvorrichtung gemessen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die mögliche Strom- oder Leistungsabgabe der wenigstens einen Brennstoffzelle durch Multiplizieren der erfassten Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate mit einem ersten Umrechnungsfaktor berechnet.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die sowohl alternativ als auch zusätzlich zur soeben beschriebenen Ausführungsform zur Anwendung kommen kann, werden zur Regelung des Verhältnisses die folgenden Schritte durchgeführt:
    • – Erfassen der Strom- oder Leistungsabgabe der wenigstens einen Brennstoffzelle;
    • – Berechnen der erforderlichen Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate durch die Luftversorgungsvorrichtung auf Basis der erfassten Strom- oder Leistungsabgabe der wenigstens einen Brennstoffzelle;
    • – Korrigieren der berechneten erforderlichen Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate durch die Luftversorgungsvorrichtung mit einem zweiten Korrekturfaktor; und
    • – Verändern des zweiten Korrekturfaktors derart, dass der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems maximal wird.
  • In einer Ausgestaltung dieser Erfindung wird die erforderliche Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate durch die Luftversorgungsvorrichtung durch Multiplizieren der erfassten Strom- oder Leistungsabgabe der wenigstens einen Brennstoffzelle mit einem zweiten Umrechnungsfaktor berechnet wird.
  • Das Verändern des ersten bzw. zweiten Korrekturfaktors kann wahlweise mittels eines manuellen oder automatischen Regelverfahrens erfolgen. Zum Beispiel kann der Korrekturfaktor nach oben oder unten verändert werden und dann im Fall einer Erhöhung des sich einstellenden Systemwirkungsgrades beibehalten werden. Alternativ kann der Korrekturwert zum Beispiel mit Hilfe eines PID-Reglers oder dergleichen geregelt werden.
  • Ferner erfolgt das Verändern des ersten bzw. zweiten Korrekturfaktors vorzugsweise kontinuierlich.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der erste bzw. zweite Korrekturfaktor nur innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs verändert. Durch das Vorsehen eines Maximalwertes und/oder eines Minimalwertes für den ersten bzw. zweiten Korrekturfaktor kann die Stabilität des Brennstoffzellensystems gewährleistet werden und können extreme Einstellwerte für die Luftversorgung vermieden werden, welche zu einer verstärkten Alterung der Brennstoffzellen führen könnten.
  • Der erste und der zweite Korrekturfaktor werden zum Beispiel ausgehend von einem Wert gleich 1 verändert.
  • Es kann ferner vorteilhaft sein, wenn der erste bzw. zweite Korrekturfaktor für verschiedene Bereiche der Strom- oder Leistungsabgabe der wenigstens einen Brennstoffzelle unterschiedliche Werte annehmen, d. h. innerhalb unterschiedlicher Wertebereiche veränderbar sind.
  • In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der erste bzw. zweite Umrechnungsfaktor in Abhängigkeit von der Strom- oder Leistungsaufnahme der Luftversorgungsvorrichtung und/oder der Strom- oder Leistungsabgabe der wenigstens einen Brennstoffzelle variiert.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Strom- oder Leistungsaufnahme der Luftversorgungsvorrichtung mittels eines Stromreglers oder eines getakteten elektrischen oder elektronischen Schalters in Kombination mit einem Stromspeicher geregelt werden. In entsprechender Weise kann auch die Strom- oder Leistungsabgabe der wenigstens einen Brennstoffzelle mittels eines Stromreglers oder eines getakteten elektrischen oder elektronischen Schalters in Kombination mit einem Stromspeicher geregelt werden.
  • Obige sowie weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten, nicht-einschränkenden Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
  • 1 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung des Aufbaus eines Brennstoffzellensystems, bei dem das Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann;
  • 2 ein Wirkungsgrad-Brennstoffzellenstrom-Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb des Brennstoffzellensystems; und
  • 3 ein Leistungs-Luftversorgungsmengen-Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb des Brennstoffzellensystems.
  • In 1 sind die für die vorliegende Erfindung relevanten Komponenten eines typischen Brennstoffzellensystems dargestellt.
  • Das Brennstoffzellensystem weist wenigstens eine Brennstoffzelle 10 auf, welche aus einem Anodengas und einem Kathodengas elektrischen Strom IBZ generiert. Als Kathodengas wird dabei üblicherweise Frischluft verwendet, die der wenigstens einen Brennstoffzelle über eine Luftversorgungsvorrichtung 12 in einer bestimmten Luftversorgungsmenge bzw. -rate QLV zugeführt wird.
  • Als Anodengas wird beispielsweise ein Wasserstoffgas enthaltendes Brenngas verwendet. Dieses Brenngas kann zum Beispiel in dem Fahrzeug bzw. der stationären Anlage bevorratet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Brenngas auch innerhalb des Brennstoffzellensystems selbst generiert werden, beispielsweise durch Reformieren eines Kohlenwasserstoff-Kraftstoffes.
  • Die Luftversorgungsvorrichtung 12 wird mit elektrischem Strom ILV betrieben, der zumindest teilweise aus dem von der wenigstens einen Brennstoffzelle 10 generierten Strom IBZ abgezweigt werden kann.
  • Der der Luftversorgungsvorrichtung 12 zugeführte elektrische Strom ILV wird über eine Stell- und Messvorrichtung 14 geregelt und erfasst. Diese Stell- und Messvorrichtung 14 enthält zum Beispiel einen Stromregler oder einen anderen getakteten elektrischen oder elektronischen Schalter in Kombination mit einem Stromspeicher (z. B. Kondensator). Beispielsweise kann ein MOSFET-Schalter mit Kondensator eingesetzt werden, der einen DC/DC-Wandler bildet).
  • In ähnlicher Weise wird der der wenigstens einen Brennstoffzelle 10 entnommene elektrische Strom IBZ über eine Stell- und Messvorrichtung 16 geregelt und erfasst. Auch diese Stell- und Messvorrichtung 16 enthält zum Beispiel einen Stromregler oder einen anderen getakteten elektrischen oder elektronischen Schalter in Kombination mit einem Stromspeicher (z. B. Kondensator). Beispielsweise kann ein MOSFET-Schalter mit Kondensator eingesetzt werden, der einen DC/DC-Wandler bildet).
  • 2 zeigt den Wirkungsgradverlauf einer Brennstoffzelle 10 (Kurve a) und den Wirkungsgradverlauf des Brennstoffzellensystems bei konstanter Luftversorgungsmenge QLV (Kurve b) jeweils gegenüber dem von der wenigstens einen Brennstoffzelle 10 erzeugten Strom IBZ. Es sei vorsorglich darauf hingewiesen, dass die Kurvenverläufe a und b nicht maßstabsgetreu sind.
  • Aus der Kurve a ist zu erkennen, dass der Wirkungsgrad der Brennstoffzellen 10 mit ansteigendem Brennstoffzellenstrom IBZ, d. h. zunehmender Belastung abnimmt. Um aus dem Wirkungsgrad der Brennstoffzellen des Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems zu erhalten, ist davon noch die Leistung abgezogen werden, welche die Luftversorgungsvorrichtung 10 benötigt. Dieser Anteil ist umso größer je kleiner der Brennstoffzellenstrom ist.
  • Daher nimmt der Systemwirkungsgrad (Kurve b) bei kleinen Brennstoffzellenströmen IBZ ab, sodass der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems ein Maximum bmax aufweist, wie in 2 dargestellt. Da der Verlauf der Wirkungsgradkennlinien a und b nicht nur vom Betriebspunkt der beiden Komponenten 10 und 12, sondern auch von den Rand- bzw. Umgebungsbedingungen (z. B. Temperatur, Feuchte, etc.) abhängig ist, ist auch das Maximum bmax des Systemwirkungsgrades implizit von diesen Randbedingungen abhängig.
  • Das Brennstoffzellensystem wird nun so betrieben, dass es sich möglichst an diesem Maximum bmax des Wirkungsgrades des Systems befindet. Dabei ist es nicht erforderlich, die aktuellen Randbedingungen des Brennstoffzellensystems zu kennen oder zu messen. Sie werden vielmehr inhärent mit berücksichtigt.
  • In einer ersten Ausführung wird der Betrieb des Brennstoffzellensystems auf ein optimales Verhältnis zwischen der Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate QLV durch die Luftversorgungsvorrichtung 12 und der Strom- oder Leistungsabgabe IBZ der wenigstens einen Brennstoffzelle 10 auf Grundlage der folgenden Formel geregelt: IBZ = λ1 × QLV × K1 (1) wobei λ1 einen ersten Umrechnungsfaktor bezeichnet und K1 einen ersten Korrekturfaktor bezeichnet.
  • Dabei wird in einem ersten Schritt die Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate QLV durch die Luftversorgungsvorrichtung 12 erfasst. Dies kann wahlweise durch eine direkte Messung oder durch eine indirekte Bestimmung dieser Größe QLV geschehen. Zum Beispiel können zum Erfassen der Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate durch die Luftversorgungsvorrichtung 12 eine Kathodenluftmenge oder -rate am Eingang der wenigstens einen Brennstoffzelle 10, eine Kathodenluftmenge oder -rate am Ausgang der wenigstens einen Brennstoffzelle 10, eine Kathodenluftmenge oder -rate am Eingang der Luftversorgungsvorrichtung 12, wenigstens eine mechanische oder elektrische Betriebsgröße der Luftversorgungsvorrichtung 12 und/oder eine Strom- oder Leistungsaufnahme ILV der Luftversorgungsvorrichtung 12 gemessen werden.
  • Anschließend wird eine mögliche Strom- oder Leistungsabgabe IBZ der wenigstens einen Brennstoffzelle 10 auf Basis der so erfassten Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate QLV berechnet bzw. bestimmt. Dabei wird die mögliche Strom- oder Leistungsabgabe IBZ der wenigstens einen Brennstoffzelle 10 insbesondere durch Multiplizieren der erfassten Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate QLV mit dem ersten Umrechnungsfaktor λ1 berechnet.
  • Dann wird die auf diese Weise berechnete mögliche Strom- oder Leistungsabgabe IBZ der wenigstens einen Brennstoffzelle 10 mit dem ersten Korrekturfaktor K1 korrigiert.
  • Im letzten Schritt wird der erste Korrekturfaktor K1 derart verändert, dass der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems maximal wird. Zum Beispiel wird der erste Korrekturfaktor K1 ausgehend von einem Ausgangswert gleich 1 nach oben oder unten verändert. Wenn sich der daraufhin einstellende Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems erhöht, wird der neue Wert für den ersten Korrekturfaktor K1 übernommen, ansonsten wird der alte Werte beibehalten. Es ist ebenso möglich, den ersten Korrekturfaktor über ein Regelverfahren, zum Beispiel mit einem PID-Regler, auf einen maximalen Wirkungsgrad des Systems zu regeln.
  • In 3 ist nun der Leistungsverlauf der wenigstens einen Brennstoffzelle 10 (Kurve a), der Leistungsverlauf des Brennstoffzellensystems IBZ (Kurve b) und die Strom- bzw. Leistungsaufnahme ILV der Luftversorgungsvorrichtung 12 (Kurve c) jeweils gegenüber der von der Luftversorgungsvorrichtung 12 zugeführten Kathodenluftversorgungsmenge bzw. -rate QLV und bei konstantem Brennstoffzellenstrom dargestellt. Es sei vorsorglich darauf hingewiesen, dass auch diese Kurvenverläufe a, b und c nicht maßstabsgetreu sind.
  • Im Diagramm von 3 sind jeweils die Leistungsverläufe dargestellt. Da bei konstantem Brennstoffzellenstrom IBZ die Leistung angibt, wie viel Energie pro Zeit aus den Brennstoffzellen 10 gewonnen wird und der Brennstoffzellenstrom IBZ proportional zur verbrauchten Anodengasmenge ist, veranschaulicht dieses Diagramm gleichzeitig die Wirkungsgradverläufe.
  • Aus der Kurve a ist zu erkennen, dass der Wirkungsgrad bzw. die Nutzleistung der Brennstoffzellen 10 mit besser werdender Luftversorgung QLV ansteigt. Dieser Anstieg ist jedoch im Allgemeinen nicht linear. Im Bereich geringer Luftmengen, in dem die Brennstoffzellen noch unterversorgt sind, führt eine Erhöhung der Luftversorgungsmenge QLV zu einer deutlichen Steigerung der Brennstoffzellenspannung und damit der erzeugten Brennstoffzellenleistung. Bei großen Luftversorgungsmengen sind die Brennstoffzellen 10 jedoch bereits ausreichend versorgt und die Erhöhung der Luftmenge QLV bringt nur noch eine geringe Steigerung der erzeugten Leistung IBZ mit sich, welche sich asymptotisch gegen einen Grenzwert bewegt.
  • Die Luftversorgung benötigt mit größer werdendem Luftstrom QLV auch mehr Leistung ILV, wie in der Kurve c dargestellt. Diese Kennlinie c hängt allerdings von der Verdichterart und den Umgebungsbedingungen der Luftversorgungsvorrichtung 12 ab und ist im Allgemeinen nicht linear.
  • Die Kurve b ist die Leistungskennlinie des Gesamtsystems und ergibt sich aus der Brennstoffzellenleistung IBZ nach Kurve a abzüglich der der Luftversorgungsvorrichtung 12 zugeführten Leistung ILV nach Kurve c. Die Kurve b weist ein Leistungsmaximum bmax auf, das dem Wirkungsgradmaximum bmax in dem Diagramm von 2 entspricht.
  • Das Brennstoffzellensystem kann nun so betrieben werden, dass es sich möglichst an diesem Maximum bmax des Wirkungsgrades des Systems befindet. Dabei ist es wieder nicht erforderlich, die aktuellen Randbedingungen des Brennstoffzellensystems zu kennen oder zu messen.
  • In einer zweiten Ausführung, welche alternativ oder zusätzlich zur oben beschriebenen ersten Ausführung durchgeführt werden kann, wird der Betrieb des Brennstoffzellensystems auf ein optimales Verhältnis zwischen der Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate QLV durch die Luftversorgungsvorrichtung 12 und der Strom- oder Leistungsabgabe IBZ der wenigstens einen Brennstoffzelle 10 auf Grundlage der folgenden Formel geregelt: QLV = λ2 × IBZ × K2 (2) wobei λ2 einen zweiten Umrechnungsfaktor bezeichnet und K2 einen zweiten Korrekturfaktor bezeichnet.
  • Dabei wird in einem ersten Schritt die Strom- oder Leistungsabgabe IBZ der wenigstens einen Brennstoffzelle 10 erfasst. Dies geschieht beispielsweise durch die Stell-Messvorrichtung 16. Dann wird die erforderliche Kathodenluftversorgungsmenge bzw. -rate QLV durch die Luftversorgungsvorrichtung 12 auf Basis der so erfassten Strom- bzw. Leistungsabgabe IBZ berechnet bzw. bestimmt. Dabei wird die erforderliche Luftversorgungsmenge bzw. -rate insbesondere durch Multiplizieren der erfassten Strom- oder Leistungsabgabe IBZ mit dem zweiten Umrechnungsfaktor λ2 berechnet.
  • Dann wird die auf diese Weise berechnete erforderliche Kathodenluftversorgungsmenge QLV durch die Luftversorgungsvorrichtung 12 mit dem zweiten Korrekturfaktor K2 korrigiert.
  • Im letzten Schritt wird der zweite Korrekturfaktor K2 derart verändert, dass der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems maximal wird. Zum Beispiel wird der zweite Korrekturfaktor K2 ausgehend von einem Ausgangswert gleich 1 nach oben oder unten verändert. Wenn sich der daraufhin einstellende Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems erhöht, wird der neue Wert für den ersten Korrekturfaktor K2 übernommen, ansonsten wird der alte Werte beibehalten. Es ist ebenso möglich, den zweiten Korrekturfaktor über ein Regelverfahren, zum Beispiel mit einem PID-Regler, auf einen maximalen Wirkungsgrad des Systems zu regeln.
  • Für die beiden oben beschriebenen Ausführungen der Regelung des Brennstoffzellensystems auf einen maximalen Wirkungsgrad können außerdem die folgenden Maßnahmen einzeln oder kumulativ von Vorteil sein:
    • – Das Verändern des ersten und des zweiten Korrekturfaktors K1, K2 erfolgt kontinuierlich.
    • – Der erste und der zweite Korrekturfaktor K1, K2 werden jeweils innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs verändert.
    • – Der erste und der zweite Korrekturfaktor K1, K2 werden jeweils ausgehend von einem Wert gleich 1 verändert.
    • – Der erste und der zweite Korrekturfaktor K1, K2 nehmen für verschiedene Bereiche der Strom- oder Leistungsabgabe IBZ der wenigstens einen Brennstoffzelle 10 jeweils unterschiedliche Werte an.
    • – Der erste und der zweite Umrechnungsfaktor λ1, λ2 werden in Abhängigkeit von der Strom- oder Leistungsaufnahme ILV der Luftversorgungsvorrichtung 12 und/oder der Strom- oder Leistungsabgabe IBZ der wenigstens einen Brennstoffzelle 10 variiert.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10392588 T5 [0005]
    • US 2008/0152959 A1 [0006]

Claims (14)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems mit wenigstens einer Brennstoffzelle (10) zum Generieren von elektrischem Strom aus Anodengas und Kathodengas und einer Luftversorgungsvorrichtung (12) zum Zuführen von als Kathodengas dienender Frischluft zu der wenigstens einen Brennstoffzelle, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen einer Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate (QLV) durch die Luftversorgungsvorrichtung (12) und einer Strom- oder Leistungsabgabe (IBZ) der wenigstens einen Brennstoffzelle (10) derart geregelt wird, dass ein Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems maximal wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung des Verhältnisses die folgenden Schritte durchgeführt werden: – Erfassen der Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate (QLV) durch die Luftversorgungsvorrichtung (12); – Berechnen einer möglichen Strom- oder Leistungsabgabe (IBZ) der wenigstens einen Brennstoffzelle (10) auf Basis der erfassten Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate (QLV); – Korrigieren der berechneten möglichen Strom- oder Leistungsabgabe (IBZ) der wenigstens einen Brennstoffzelle (10) mit einem ersten Korrekturfaktor (K1); und – Verändern des ersten Korrekturfaktors (K1) derart, dass der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems maximal wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfassen der Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate (QLV) durch die Luftversorgungsvorrichtung (12) eine Kathodenluftmenge oder -rate am Eingang der wenigstens einen Brennstoffzelle (10), eine Kathodenluftmenge oder -rate am Ausgang der wenigstens einen Brennstoffzelle (10), eine Kathodenluftmenge oder -rate am Eingang der Luftversorgungsvorrichtung (12), wenigstens eine mechanische oder elektrische Betriebsgröße der Luftversorgungsvorrichtung (12) und/oder eine Strom- oder Leistungsaufnahme (ILV) der Luftversorgungsvorrichtung (12) gemessen werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mögliche Strom- oder Leistungsabgabe (IBZ) der wenigstens einen Brennstoffzelle (10) durch Multiplizieren der erfassten Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate (QLV) mit einem ersten Umrechnungsfaktor (λ1) berechnet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung des Verhältnisses die folgenden Schritte durchgeführt werden: – Erfassen der Strom- oder Leistungsabgabe (IBZ) der wenigstens einen Brennstoffzelle (10); – Berechnen der erforderlichen Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate (QLV) durch die Luftversorgungsvorrichtung (12) auf Basis der erfassten Strom- oder Leistungsabgabe (IBZ) der wenigstens einen Brennstoffzelle; – Korrigieren der berechneten erforderlichen Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate (QLV) durch die Luftversorgungsvorrichtung (12) mit einem zweiten Korrekturfaktor (K2); und – Verändern des zweiten Korrekturfaktors (K2) derart, dass der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems maximal wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erforderliche Kathodenluftversorgungsmenge oder -rate (QLV) durch die Luftversorgungsvorrichtung (12) durch Multiplizieren der erfassten Strom- oder Leistungsabgabe (IBZ) der wenigstens einen Brennstoffzelle (10) mit einem zweiten Umrechnungsfaktor (λ2) berechnet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verändern des ersten bzw. zweiten Korrekturfaktors (K1, K2) mittels eines manuellen oder automatischen Regelverfahrens erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verändern des ersten bzw. zweiten Korrekturfaktors (K1, K2) kontinuierlich erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste bzw. zweite Korrekturfaktor (K1, K2) innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs verändert wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste bzw. zweite Korrekturfaktor (K1, K2) ausgehend von einem Wert gleich 1 verändert wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste bzw. zweite Korrekturfaktor (K1, K2) für verschiedene Bereiche der Strom- oder Leistungsabgabe (IBZ) der wenigstens einen Brennstoffzelle (10) unterschiedliche Werte annimmt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste bzw. zweite Umrechnungsfaktor (λ1, λ2) in Abhängigkeit von der Strom- oder Leistungsaufnahme (ILV) der Luftversorgungsvorrichtung (12) und/oder der Strom- oder Leistungsabgabe (IBZ) der wenigstens einen Brennstoffzelle (10) variiert wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strom- oder Leistungsaufnahme (ILV) der Luftversorgungsvorrichtung (12) mittels eines Stromreglers (14) oder eines getakteten elektrischen oder elektronischen Schalters in Kombination mit einem Stromspeicher geregelt wird.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strom- oder Leistungsabgabe (IBZ) der wenigstens einen Brennstoffzelle (10) mittels eines Stromreglers (16) oder eines getakteten elektrischen oder elektronischen Schalters in Kombination mit einem Stromspeicher geregelt wird.
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