DE102011106815A1 - Method for operating multiple control units for e.g. bypass valve of fuel cell arrangement for motor car, involves controlling component of fuel cell arrangement based on determined control command - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Mehrzahl von Steuereinheiten, die mit einer Steuereinrichtung verbunden sind und die jeweils zumindest einer Komponente einer Brennstoffzellenanordnung zugeordnet sind. Über dies betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Mehrzahl solcher SteuereinheitenThe present invention relates to a method for operating a plurality of control units, which are connected to a control device and which are each associated with at least one component of a fuel cell assembly. About this, the present invention relates to a motor vehicle having a plurality of such control units
Um Brennstoffzellen für Kraftfahrzeuge besonders effektiv zu betreiben und den Treibstoffverbrauch zu reduzieren, werden verschiedene Steuerarchitekturen verwendet. Bei zentralisierten Steuerarchitekturen liefert ein Optimierungsproblem Eingangswerte für die Steuerung für die Brennstoffzellenanordnung, um eine globale Zielvorgabe für das mit der Brennstoffzelle betriebene Fahrzeug zu erreichen. Bei einer zentralisierten Steuerung werden die optimalen Steuerbefehle dadurch ermittelt, dass eine Kostenfunktion minimiert wird, die eine übergeordnete Zielsetzung für das gesamte System berücksichtigt. Das Optimierungsproblem ist daher sehr umfangreich und aufwendig und verursacht daher einen hohen Rechenaufwand und Kosten. Zudem kann nicht sichergestellt werden, dass durch diese Lösungen alle globale Vorgaben gelöst werden.In order to operate fuel cells for motor vehicles particularly effectively and to reduce fuel consumption, various control architectures are used. In centralized control architectures, an optimization problem provides inputs to the fuel cell array controller to achieve a global target for the fuel cell powered vehicle. In a centralized controller, the optimal control commands are determined by minimizing a cost function that takes into account an overall objective for the entire system. The optimization problem is therefore very extensive and expensive and therefore causes a high computational effort and costs. In addition, it can not be guaranteed that these solutions solve all global requirements.
Auch dezentralisierte Steuerstrukturen für eine Brennstoffzellenanordnung führen oft nur zu suboptimalen Ergebnissen, da die Eingangsgrößen der einzelnen Steuereinheiten nicht miteinander interagieren. Wenn diese Subsysteme der einzelnen Steuereinrichtungen miteinander verbunden sind, müssen oft entsprechende Übertragungsfunktionen berücksichtigt werden, die eine Beeinträchtigung der einzelnen Steuerbefehle untereinander verhindert. Jedes dieser Systeme, das aus einer Steuereinheit und der entsprechenden Komponente einer Brennstoffzellenanordnung besteht, ist im Hinblick auf die komplette Steuerarchitektur eigenständig und die Steuersignale können sich gegenseitig beeinflussen. Hierbei wird nur eine suboptimale Lösung für die Ansteuerung der jeweiligen Steuereinheiten erreicht. Zudem findet kein Informationsaustausch zwischen den einzelnen Steuereinheiten der Gesamtanordnung statt. Daher können globale Vorgaben, wie z. B. die maximale Geschwindigkeit, das Drehmoment oder dergleichen nicht erreicht werden. Zudem können die zeitlichen Vorgaben für die Steuerbefehle oft nicht ausreichend erfüllt werden.Even decentralized control structures for a fuel cell arrangement often lead only to sub-optimal results, since the inputs of the individual control units do not interact with each other. When these subsystems of the individual control devices are connected to one another, it is often necessary to take into account corresponding transfer functions which prevent an impairment of the individual control commands among one another. Each of these systems, which consists of a control unit and the corresponding component of a fuel cell assembly, is self-contained with respect to the complete control architecture and the control signals can influence each other. Here, only a sub-optimal solution for the control of the respective control units is achieved. In addition, there is no exchange of information between the individual control units of the overall arrangement. Therefore, global requirements, such. As the maximum speed, torque or the like can not be achieved. In addition, the timing of the control commands often can not be sufficiently met.
Die
Die
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Kraftfahrzeuge mit Brennstoffzellen besonders effektiv zu betreiben.The object of the present invention is to operate motor vehicles with fuel cells particularly effective.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Mehrzahl von Steuereinheiten, die mit einer Steuereinrichtung verbunden sind und die jeweils zumindest einer Komponente einer Brennstoffzellenanordnung zugeordnet sind, durch Bestimmen einer Zustandsgröße für eine der Steuereinheiten mit der Steuereinrichtung, Bestimmen einer Abweichung von einem vorgegebenen Sollwert für die Zustandsgröße, Bestimmen einer optimierten Zustandsgröße für die Steuereinheit, Zuweisen der optimierten Zustandsgröße durch die Steuereinrichtung an die Steuereinheit, Ermitteln eines Steuerbefehls mit der Steuereinheit auf Basis der optimierten Zustandsgröße, und Steuern der entsprechenden Komponenten in Abhängigkeit von dem ermittelten Steuerbefehl, wobei die optimierte Zustandsgröße in Abhängigkeit von der Abweichung und von den Zustandsgrößen der anderen Steuereinheiten bestimmt wird.According to the invention, this object is achieved by a method for operating a plurality of control units, which are connected to a control device and which are each assigned to at least one component of a fuel cell arrangement, by determining a state variable for one of the control units with the control device, determining a deviation from a predetermined one Setpoint for the state variable, determining an optimized state variable for the control unit, assigning the optimized state variable by the control device to the control unit, determining a control command with the control unit based on the optimized state variable, and controlling the corresponding components in dependence on the determined control command, the optimized state variable as a function of the deviation and of the state variables of the other control units is determined.
Hierbei sendet und empfängt jede Steuereinheit eine Information über die von der Steuereinrichtung berechnete Zustandsgröße. Durch die zentrale Steuereinrichtung kann die Wichtigkeit dieser Information in Abhängigkeit von den jeweils anderen Steuereinheiten bestimmt und daraus eine optimierte Zustandsgröße bestimmt werden. Diese optimierte Zustandsgröße wird an die jeweilige Steuereinrichtung übermittelt. Auf diese Weise kann eine schnelle Antwortzeit der jeweiligen Steuereinheiten erreicht werden. Zudem kann eine bessere Dynamik der Brennstoffzellenanordnung, insbesondere im Hinblick auf die Effizienz und den Treibstoffverbrauch, ermöglicht werden.Here, each control unit transmits and receives information about the state quantity calculated by the control device. By the central control device, the importance of this information can be determined in dependence on the respective other control units and from this an optimized state variable can be determined. This optimized state variable is transmitted to the respective control device. In this way, a fast response time of the respective control units can be achieved. In addition, a better dynamics of the fuel cell assembly, in particular with regard to the efficiency and the fuel consumption, are made possible.
Bevorzugt wird die Zustandsgröße für die Steuereinheit in Abhängigkeit von einer in einer zeitlichen Reihenfolge zuvor bestimmten Zustandsgröße und von Anfangsbedingungen der Steuereinheit bestimmt. Das Bestimmen der jeweiligen optimierten Zustandsgröße kann somit auf Basis einer zuvor bestimmten Zustandsgröße bestimmt werden, wobei die einzelnen Steuereinheiten beispielsweise als PID-Regler ausgelegt sein können. Ebenso ist es denkbar, dass diese Regler durch entsprechend optimierte Steuereinheiten ersetzt werden, wodurch die Steuereinheiten Bauraum sparend ausgelegt werden können und zudem der Rechenaufwand deutlich reduziert werden kann.The state variable for the control unit is preferably determined as a function of a state variable previously determined in a time sequence and of initial conditions of the control unit. The determination of the respective optimized state variable can thus be determined on the basis of a previously determined state variable, wherein the individual control units can be designed, for example, as a PID controller. It is also conceivable that these controllers are replaced by appropriately optimized control units, whereby the control units space can be designed to save and also the computational effort can be significantly reduced.
In einer weiteren Ausführungsform wird die optimierte Zustandsgröße in Abhängigkeit von einem Treibstoffverbrauch der Brennstoffzellenanordnung bestimmt. Als globales Optimierungskriterium kann der Treibstoffverbrauch der Brennstoffzellenanordnung vorgegeben werden. Zudem kann ermöglicht werden, dass die jeweiligen Sollwerte der einzelnen Steuereinheiten erreicht werden. Auf diese Weise kann die Anordnung der Mehrzahl von Steuereinheiten immer in einem vorgegebenen Bereich betrieben werden. Durch die Strategie der Steuerung kann ebenso die Lebensdauer des Gesamtsystems erhöht werden, indem zusätzlich als globales Ziel die Strategien beeinflusst werden, welche sich jeweils auf die Lebensdauer auswirken.In a further embodiment, the optimized state variable is determined as a function of a fuel consumption of the fuel cell assembly. As a global optimization criterion of the fuel consumption of the fuel cell assembly can be specified. In addition, it can be made possible to reach the respective nominal values of the individual control units. In this way, the arrangement of the plurality of control units can always be operated within a predetermined range. The control strategy can also increase the lifecycle of the overall system by additionally influencing as a global goal the strategies that affect lifecycle.
Überdies wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Kraftfahrzeug mit einer Mehrzahl von Steuereinheiten, die mit einer Steuereinrichtung verbunden sind und die jeweils zumindest einer Komponente einer Brennstoffzellenanordnung zugeordnet sind, wobei mit der Steuereinrichtung eine Zustandsgröße eine der Steuereinheiten und eine Abweichung von einem vorgegebenen Sollwert für die Zustandsgrößen bestimmbar, eine optimierte Zustandsgröße für die Steuereinheit bestimmbar und durch die Steuereinrichtung an die Steuereinheit zuweisbar ist, und ein Steuerbefehl mit der Steuereinheit auf Basis der optimierten Zustandsgröße bestimmbar und die entsprechenden Komponenten in Abhängigkeit von dem ermittelten Steuerbefehl steuerbar ist, wobei die optimierte Zustandsgröße in Abhängigkeit von der Abweichung und von den Zustandsgrößen der anderen Steuereinheiten bestimmbar ist.Moreover, the invention provides a motor vehicle with a plurality of control units, which are connected to a control device and which are each assigned to at least one component of a fuel cell arrangement, wherein the control device determines a state variable of one of the control units and a deviation from a predefined setpoint value for the state variables, an optimized state variable for the control unit can be determined and assigned to the control unit by the control device, and a control command can be determined with the control unit on the basis of the optimized state variable and the corresponding components can be controlled in dependence on the determined control command, wherein the optimized state variable is dependent on the Deviation and from the state variables of the other control units can be determined.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, diese zeigen in:The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:
Mit der Steuereinrichtung
Um den Steuerbefehl der jeweiligen Steuereinheit
Zur Bestimmung der optimalen Zustandsgröße für die jeweiligen Steuereinheiten
Die einzelnen Steuereinheiten
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Anordnungarrangement
- 1212
- Steuereinheitcontrol unit
- 1414
- Steuereinrichtungcontrol device
- 1616
- Komponentecomponent
- 1818
- Datenleitungdata line
- 2020
- Datenleitungdata line
- 2222
- Datenleitungdata line
- 2424
- Datenleitungdata line
- 2626
- Datenleitungdata line
- 2828
- Datenleitungdata line
- 3030
- Blockblock
- 3232
- Datenleitungdata line
- 3434
- Datenleitungdata line
- 3636
- Linieline
- 3838
- Linieline
- 4040
- Linieline
- 4242
- Linieline
- tt
- ZeitTime
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2009/0309416 A1 [0004] US 2009/0309416 A1 [0004]
- US 200810166604 A1 [0005] US 200810166604 A1 [0005]
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- 2011-07-07 DE DE102011106815A patent/DE102011106815A1/en not_active Withdrawn
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