DE102013021538A1 - Method for operating fuel cell for drive system of vehicle, involves determining polarization curve, which describes voltage-current-dependence, of fuel cell, and approximating polarization curve by linear function under preset condition - Google Patents

Method for operating fuel cell for drive system of vehicle, involves determining polarization curve, which describes voltage-current-dependence, of fuel cell, and approximating polarization curve by linear function under preset condition Download PDF

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Abstract

The method involves determining a polarization curve (2), which describes a voltage-current-dependence, of a fuel cell. The polarization curve is approximated by a linear function (3) under a preset condition. A detected operation of the fuel cell approaching into a full load region, and an instantaneous fuel cell voltage (U) detected below a minimum fuel cell voltage (Umin) are provided as the condition. A fuel cell current (Iumin) with a minimum voltage of the fuel cell is determined based on the linear function.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for operating a fuel cell according to the preamble of claim 1.

Zur Ermittlung dynamischer Parameter eines Brennstoffzellenstapels ist beispielsweise aus der DE 10 2007 044 640 A1 ein Verfahren zum Überarbeiten einer Referenzpolarisierungskurve eines Brennstoffzellenstapels bekannt, welches die Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom des Stapels über die Zeit festlegt. Wenn der Stapel bei einer niedrigen Last arbeitet, bei der kinetische Spannungsverluste des Stapels dominieren, wird ein erster Anpasswert als die Differenz zwischen der tatsächlichen Stapelspannung und der Stapelspannung der Referenzpolarisierungskurve überarbeitet. Wenn der Stapel bei höheren Lasten arbeitet, bei denen ohmsche Spannungsverluste des Stapels dominieren, wird ein zweiter Anpasswert als die Differenz zwischen der tatsächlichen Stapelspannung und der Stapelspannung der Referenzpolarisierungskurve überarbeitet.To determine dynamic parameters of a fuel cell stack, for example, from DE 10 2007 044 640 A1 A method of revising a reference polarization curve of a fuel cell stack that determines the relationship between the voltage and the current of the stack over time. When the stack is operating at a low load where stack kinetic voltage losses dominate, a first adjustment value is revised as the difference between the actual stack voltage and the stack voltage of the reference polarization curve. If the stack is operating at higher loads where ohmic voltage losses of the stack dominate, a second adjustment value is revised as the difference between the actual stack voltage and the stack voltage of the reference polarization curve.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved method for operating a fuel cell.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.The object is achieved by a method having the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle wird eine eine Spannungs-Strom-Abhängigkeit beschreibende Polarisationskurve der Brennstoffzelle ermittelt, mittels der eine Bestimmung einer Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle möglich ist.In a method for operating a fuel cell, a voltage-current dependency-describing polarization curve of the fuel cell is determined, by means of which a determination of a performance of the fuel cell is possible.

Erfindungsgemäß wird die Polarisationskurve unter zumindest einer vorgegebenen Bedingung mittels einer linearen Funktion approximiert. Damit ist eine gegenüber dem oben genannten Stand der Technik schnellere und einfachere Bestimmung einer maximalen Leistung der Brennstoffzelle ermöglicht.According to the invention, the polarization curve is approximated under at least one predetermined condition by means of a linear function. Thus, compared to the above-mentioned prior art, faster and simpler determination of a maximum power of the fuel cell is made possible.

Die bei Vorliegen der Bedingung ermittelte lineare Funktion kann im Anschluss auch dann zur Berechnung charakteristischer Werte herangezogen werden, wenn die Bedingung gerade nicht erfüllt ist. Eine Neuberechnung findet wieder statt, sobald die Bedingung erfüllt ist. Berechnete Werte können z. B. die folgenden sein:

  • • Strom bei minimaler Spannung
  • • Strom bei maximaler Stackleistung (mit dem Begriff „Stack” ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellenstapel gemeint)
  • • Spannung bei maximalem Stackstrom
  • • Strom bei einer beliebigen Spannung (und umgekehrt)
  • • Strom bei einer beliebigen Leistung (und umgekehrt)
The linear function determined in the presence of the condition can subsequently also be used to calculate characteristic values if the condition is not fulfilled. A recalculation takes place again as soon as the condition is fulfilled. Calculated values can be z. For example, the following:
  • • Current at minimum voltage
  • Current at maximum stack power (the term "stack" in the context of the present invention refers to a fuel cell stack)
  • • Voltage at maximum stack current
  • • current at any voltage (and vice versa)
  • • Power at any power (and vice versa)

Dadurch, dass die lineare Funktion und damit die maximale Leistung der Brennstoffzelle nur temporär unter zumindest einer vorgegebenen Bedingung ermittelt werden, ist ein Zeitaufwand gegenüber dem Stand der Technik verringert, so dass eine Genauigkeit der Bestimmung der maximalen Leistung verbesserbar ist. Zudem ist dadurch eine schnelle Anpassung der linearen Funktion an geänderte, charakteristische Parameter der Brennstoffzelle möglich. Die Bestimmung der maximalen Leistung der Brennstoffzelle kann dabei auch zur Beurteilung eines Alterungszustands und/oder einer Lebenserwartung der Brennstoffzelle herangezogen werden.Characterized in that the linear function and thus the maximum power of the fuel cell are determined only temporarily under at least one predetermined condition, a time expenditure compared to the prior art is reduced, so that an accuracy of the determination of the maximum power can be improved. In addition, this allows rapid adaptation of the linear function to changed, characteristic parameters of the fuel cell. The determination of the maximum power of the fuel cell can also be used to assess an aging state and / or a life expectancy of the fuel cell.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch ein Koordinatensystem mit einer Spannungs-Strom-Kurve einer Brennstoffzelle mit einer linearen Approximationsfunktion zur Ermittlung eines Brennstoffzellenstroms bei einer minimal möglichen Brennstoffzellenspannung, 1 1 schematically a coordinate system with a voltage-current curve of a fuel cell with a linear approximation function for determining a fuel cell current at a minimum possible fuel cell voltage,

2 schematisch ein Koordinatensystem mit einer Spannungs-Strom-Kurve einer Brennstoffzelle mit einer linearen Approximationsfunktion zur Ermittlung einer Brennstoffzellenspannung bei einem maximalen Brennstoffzellenstrom und 2 schematically a coordinate system with a voltage-current curve of a fuel cell with a linear approximation function for determining a fuel cell voltage at a maximum fuel cell current and

3 schematisch ein Koordinatensystem mit einer Spannungs-Strom-Kurve einer Brennstoffzelle mit einer linearen Approximationsfunktion zur Ermittlung einer Brennstoffzellenspannung und eines Brennstoffzellenstroms bei einer maximalen Brennstoffzellenleistung. 3 schematically a coordinate system with a voltage-current curve of a fuel cell with a linear approximation function for determining a fuel cell voltage and a fuel cell current at a maximum fuel cell power.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

Die 1 bis 3 zeigen jeweils ein Koordinatensystem 1, bei welchem als Parameter einer nicht näher dargestellten Brennstoffzelle eine Brennstoffzellenspannung U auf einer Ordinate und ein Brennstoffzellenstrom I auf einer Abszisse aufgetragen ist. Die Brennstoffzelle umfasst eine Anode und eine Kathode, die durch ein Trennelement, z. B. eine Polymer-Elektrolyt-Membran oder Protonenaustauschmembran voneinander getrennt sind. Unter einer Brennstoffzelle kann im Folgenden auch ein Brennstoffzellenstapel, welcher aus einer Anzahl von Brennstoffzellen gebildet ist, verstanden werden.The 1 to 3 each show a coordinate system 1 in which a fuel cell voltage U is plotted on an ordinate and a fuel cell current I on an abscissa as a parameter of a fuel cell, not shown. The fuel cell includes an anode and a cathode separated by a separator, e.g. As a polymer electrolyte membrane or Proton exchange membrane are separated. In the following, a fuel cell can also be understood as meaning a fuel cell stack, which is formed from a number of fuel cells.

Die Parameter werden mittels einer Erfassungseinheit, z. B. ein Messwertgeber der Brennstoffzelle, erfasst, wobei gleichzeitig ein Messwert der Brennstoffzellenspannung U und ein der Brennstoffzellenspannung U zugeordneter Messwert des Brennstoffzellenstroms I erfasst werden. Einander zugeordnete Messwerte bilden dabei ein Wertepaar, wobei eine Anzahl der Wertepaare eine in dem Koordinatensystem 1 gestrichelt dargestellte Polarisationskurve 2 bilden, die eine Spannungs-Strom-Abhängigkeit der Brennstoffzelle beschreibt. Die Polarisationskurve 2 ist beispielsweise mittels einer Steuereinheit ermittelbar.The parameters are determined by means of a detection unit, z. B. a sensor of the fuel cell detected, wherein at the same time a measured value of the fuel cell voltage U and a fuel cell current U associated with the measured value of the fuel cell current I are detected. Mutually assigned measured values form a pair of values, with a number of value pairs being one in the coordinate system 1 dashed lines shown polarization curve 2 form, which describes a voltage-current dependence of the fuel cell. The polarization curve 2 can be determined, for example, by means of a control unit.

Die in allen 1 bis 3 gezeigte Polarisationskurve 2 fällt zu hohen Werten des Brennstoffzellenstroms I hin ab, wobei der Verlauf der Polarisationskurve 2 einer für eine Brennstoffzelle charakteristischen Spannungs-Strom-Kennlinie mit drei Bereichen entspricht.The in all 1 to 3 shown polarization curve 2 falls to high values of the fuel cell current I down, the course of the polarization curve 2 corresponds to a characteristic of a fuel cell voltage-current characteristic with three areas.

In einem ersten Bereich fällt die Brennstoffzellenspannung U bei kleinen Strommesswerten stark ab. Dies ist durch eine Überspannung einer Sauerstoffreduktionsreaktion in der Brennstoffzelle bedingt. In einem zweiten Bereich mit mittleren Strommesswerten ist ein annähernd linearer Zusammenhang zwischen Strom und Spannung zu erkennen, welcher durch einen inneren Widerstand der Brennstoffzelle gemäß dem Ohmschen Gesetz verursacht ist. In einem dritten Bereich mit hohen Strommesswerten sinkt die Brennstoffzellenspannung U erneut stark ab, was durch eine verminderte Diffusion bei hohen Brennstoffzellenströmen I innerhalb der Brennstoffzelle begründet ist.In a first range, the fuel cell voltage U drops sharply at low current readings. This is due to an overvoltage of an oxygen reduction reaction in the fuel cell. In a second region with average measured current values, an approximately linear relationship between current and voltage can be recognized, which is caused by an internal resistance of the fuel cell according to Ohm's law. In a third region with high current readings, the fuel cell voltage U decreases again sharply, which is due to a reduced diffusion at high fuel cell currents I within the fuel cell.

Die Polarisationskurve 2 wird zum Bestimmen einer Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle herangezogen, da beim Betreiben der Brennstoffzelle die Spannungs-Strom-Abhängigkeit dieser eine wesentliche Grundlage zum Berechnen einer Leistung der Brennstoffzelle, welche z. B. einem Antriebssystem eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt werden kann, bildet. Dadurch sind Anwendungsmöglichkeiten der Polarisationskurve 2 gegeben, welche ein verbessertes Betreiben der Brennstoffzelle ermöglichen und die im Folgenden näher beschrieben werden.The polarization curve 2 is used to determine a performance of the fuel cell, since in operation of the fuel cell, the voltage-current dependence of these an essential basis for calculating a power of the fuel cell, which z. B. a drive system of a vehicle can be provided forms. As a result, applications of the polarization curve 2 given, which allow an improved operation of the fuel cell and which are described in more detail below.

Die Polarisationskurve 2 wird unter vorgegebenen Bedingungen anhand einer linearen Funktion 3 approximiert, die als eine Gerade im Koordinatensystem 1 dargestellt ist.The polarization curve 2 is under given conditions using a linear function 3 approximated as a straight line in the coordinate system 1 is shown.

Die Bedingungen dabei ist, dass das Brennstoffzellensystem oder die Brennstoffzelle zumindest annähernd in einem Volllastbetrieb betrieben wird, d. h. in einem Betriebszustand, in dem das Brennstoffzellensystem bzw. die Brennstoffzelle bei wenigstens annähernd maximal zulässiger Stromentnahme oder bei wenigstens annähernd minimal erlaubter Spannung betrieben wird.The conditions here is that the fuel cell system or the fuel cell is operated at least approximately in a full load operation, d. H. in an operating state in which the fuel cell system or the fuel cell is operated at at least approximately the maximum allowable current drain or at least approximately minimum allowable voltage.

Die Gerade der linearen Funktion 3 ist z. B. durch einen Startpunkt 4 bei einer Leerlaufspannung U0 sowie durch einen Arbeitspunkt 5 festgelegt, welcher einem Schnittpunkt der Geraden mit der Polarisationskurve 2 im zweiten Bereich entspricht. Der Startpunkt 4 kann aber auch bei einer kleineren Spannung als U0 liegen, um den mittleren Teil der Polarisationskurve 2 (d. h. den ohmschen Anteil) besser abzubilden.The straight line of the linear function 3 is z. B. by a starting point 4 at an open circuit voltage U0 and by an operating point 5 which defines an intersection of the straight line with the polarization curve 2 in the second area corresponds. The starting point 4 but can also be at a lower voltage than U0, around the middle part of the polarization curve 2 (ie the ohmic portion) better reflect.

Die lineare Funktion 3 ist damit durch folgende Gleichung beschrieben: U = U0 + S·I (1), wobei U den Arbeitspunkt 5 beschreibt und S die Steigung der Geraden. Der Widerstand R der Brennstoffzelle ergibt sich dabei als |S| (Betrag von S): R = |S|.The linear function 3 is thus described by the following equation: U = U0 + S * I (1), where U is the operating point 5 describes and S the slope of the line. The resistance R of the fuel cell is given as | S | (Amount of S): R = | S |.

Die Steigung S der Geraden ist durch die Gleichung: S = (U – U0)/I (2) definiert.The slope S of the line is given by the equation: S = (U - U0) / I (2) Are defined.

In 1 wird mittels der linearen Funktion 3 ein erster Brennstoffzellenstrom IUmin ermittelt, welcher einen Brennstoffzellenstrom I bei minimaler Brennstoffzellenspannung Umin darstellt. Die minimale Brennstoffzellenspannung Umin ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine parallel zur Abszisse verlaufende gestrichelte Linie gekennzeichnet. Der erste Brennstoffzellenstrom IUmin ergibt sich durch Bildung eines Schnittpunkts der Geraden mit der gestrichelten Linie mit der minimalen Brennstoffzellenspannung Umin.In 1 becomes by means of the linear function 3 a first fuel cell current I Umin determined, which represents a fuel cell current I at minimum fuel cell voltage Umin. The minimum fuel cell voltage Umin is characterized in the present embodiment by a dashed line running parallel to the abscissa. The first fuel cell current I Umin is obtained by forming an intersection of the straight lines with the dashed line with the minimum fuel cell voltage Umin.

Die Ermittlung des ersten Brennstoffzellenstroms IUmin ist durch folgende Gleichung beschrieben: IUmin = (Umin – U0)/S (3). The determination of the first fuel cell current I Umin is described by the following equation: I Umin = (Umin - U0) / S (3).

In 2 ist die Ermittlung einer ersten Brennstoffzellenspannung UImax dargestellt, welche einer Brennstoffzellenspannung U bei einem maximalen Brennstoffzellenstrom Imax entspricht. Die erste Brennstoffzellenspannung UImax ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine parallel zur Ordinate verlaufende Linie gekennzeichnet. Der maximale Brennstoffzellenstrom Imax wird dabei aus einem Minimum aus dem ermittelten ersten Brennstoffzellenstrom IUmin und einem zweiten Brennstoffzellenstrom IPmax, welcher einem Brennstoffzellenstrom I bei einer maximalen Brennstoffzellenleistung Pmax ermittelt, so dass folgende Gleichung gilt: Imax = Min(IUmin, IPmax) (4). In 2 the determination of a first fuel cell voltage U Imax is shown, which corresponds to a fuel cell voltage U at a maximum fuel cell current Imax. The first fuel cell voltage U Imax is characterized in the present embodiment by a line running parallel to the ordinate. The maximum fuel cell current Imax is from a minimum of the first determined Fuel cell current I Umin and a second fuel cell current I Pmax , which determines a fuel cell current I at a maximum fuel cell power Pmax, so that the following equation applies: Imax = Min (I Umin , I Pmax ) (4).

Imax kann ggf. auch durch eine weitere Bedingung minimiert werden. Z. B. im Fall, dass das Brennstoffzellensystem dadurch limitiert ist, dass die Luftversorgung für den Brennstoffzellenstapel nur für einen Strom von z. B. höchstens 100 A ausgelegt ist. In diesem Fall würde der dem Brennstoffzellenstapel entnehmbare Strom auf 100 A limitiert werden und es würde die Spannung des Brennstoffzellenstapels bei Imax (100 A) über die lineare Polarisationskurve berechnet werden. In diesem Fall gälte die Gleichung: Imax = Min(IUmin; IPmax; IBZS) (4') If necessary, Imax can also be minimized by another condition. For example, in the case that the fuel cell system is limited by the fact that the air supply for the fuel cell stack only for a stream of z. B. at most 100 A is designed. In this case, the current removed from the fuel cell stack would be limited to 100 A and the voltage of the fuel cell stack at Imax (100 A) would be calculated via the linear polarization curve. In this case, the equation would be: Imax = Min (I Umin ; I Pmax ; I BZS ) (4 ')

Die erste Brennstoffzellenspannung UImax ergibt sich hierbei durch Bildung eines Schnittpunkts der Linie mit dem maximalen Brennstoffzellenstrom Imax und der Geraden.The first fuel cell voltage U Imax is obtained by forming an intersection of the line with the maximum fuel cell current Imax and the straight line.

Die Ermittlung der ersten Brennstoffzellenspannung UImax ist durch folgende Gleichung definiert: UImax = U0 + Imax·S (5). The determination of the first fuel cell voltage U Imax is defined by the following equation: U Imax = U0 + Imax * S (5).

Die erste Brennstoffzellenspannung UImax ist im Koordinatensystem 1 der 2 durch eine parallel zur Abszisse verlaufende gestrichelte Linie dargestellt.The first fuel cell voltage U Imax is in the coordinate system 1 of the 2 represented by a dashed line running parallel to the abscissa.

In 3 ist die Ermittlung des zweiten Brennstoffzellenstroms IPmax dargestellt. Dazu ist in dem Koordinatensystem 1 der 3 eine Leistungskennlinie 6 der Brennstoffzelle gezeigt. Die Leistungskennlinie 6 wird durch Werte von Brennstoffzellenleistungen gebildet, welche jeweils durch das Produkt aus Brennstoffzellenspannung U und Brennstoffzellenstrom I ermittelt werden.In 3 the determination of the second fuel cell current I Pmax is shown. This is in the coordinate system 1 of the 3 a performance characteristic 6 shown the fuel cell. The performance curve 6 is formed by values of fuel cell powers, which are respectively determined by the product of fuel cell voltage U and fuel cell current I.

Dabei gilt folgende bekannte Gleichung: P = U·I (6), wobei P die Brennstoffzellenleistung ist.The following known equation applies: P = U * I (6), where P is the fuel cell power.

Nach der Gleichung (1) gilt somit die folgende Gleichung: P = (U0 + S·I)·I (7). Thus, according to equation (1), the following equation holds: P = (U0 + S * I) * I (7).

Im Ruhezustand der Brennstoffzelle liegt der Wert der Brennstoffzellenleistung P somit bei Null. Mit steigenden Brennstoffzellenströmen I steigt die Brennstoffzellenleistung P zunächst stark, anschließend schwächer an und erreicht im zweiten Bereich einen Höchstwert, die maximale Brennstoffzellenleistung Pmax. Anschließend fällt die Leistungskennlinie 6 ab.In the idle state of the fuel cell, the value of the fuel cell power P is thus at zero. With increasing fuel cell currents I, the fuel cell power P initially increases sharply, then weaker and reaches a maximum value in the second range, the maximum fuel cell power Pmax. Then the power characteristic drops 6 from.

Zur Ermittlung des Stroms bei maximaler Brennstoffzellenleistung Pmax, wird die erste Ableitung der Brennstoffzellenleistung P nach dem Brennstoffzellenstrom I auf Null gesetzt, so dass folgende Gleichung gilt: dP/dI = 2·S·I + U0 = 0 (8), wobei der Term dP/dI als Differentialquotient aus der Brennstoffzellenleistung P und dem Brennstoffzellenstrom I definiert ist.For determining the current at maximum fuel cell power Pmax, the first derivative of the fuel cell power P is set to zero after the fuel cell current I, so that the following equation applies: dP / dI = 2 * S * I + U0 = 0 (8), wherein the term dP / dI is defined as the differential quotient of the fuel cell power P and the fuel cell current I.

Der zweite Brennstoffzellenstrom IPmax ergibt sich somit aus einem dem Wert der maximalen Brennstoffzellenleistung Pmax zugeordneten Brennstoffzellenstroms I in dem Koordinatensystem 1.The second fuel cell current I Pmax thus results from a fuel cell current I assigned to the value of the maximum fuel cell power Pmax in the coordinate system 1 ,

Die Ermittlung des zweiten Brennstoffzellenstroms IPmax ist durch folgende Gleichung beschrieben: IPmax = U0/2·S (9). The determination of the second fuel cell current I Pmax is described by the following equation: I Pmax = U0 / 2 * S (9).

Eine Brennstoffzellenspannung U bei maximaler Brennstoffzellenleistung Pmax ist beispielsweise durch folgenden Term definiert: ½·U0 (10). A fuel cell voltage U at maximum fuel cell power Pmax is defined, for example, by the following term: ½ · U0 (10).

Die Berechnung der maximalen Brennstoffzellenleistung ist definiert durch: PBZmax = U0·IPmax – S·I 2 / Pmax (11). The calculation of the maximum fuel cell power is defined by: P BZmax = U0 * I Pmax -S * I2 / Pmax (11).

Die Berechnung der Brennstoffzellenleistung beim Imax ist definiert durch: Pmax = Imax·UImax (12). The calculation of the fuel cell power at Imax is defined by: P max = I max * U Imax (12).

Sobald eine lineare Polarisationskurve approximiert wurde können alle Berechnungen durchgeführt werden, und zwar auch wenn das Brennstoffzellensystem gerade nicht bei Volllast betrieben wird. Der Widerstandswert R wird jeweils bis zum nächsten Volllastbetrieb gespeichert. Dann kann ggf. ein neuer Widerstandswert R ermittelt werden.Once a linear polarization curve has been approximated, all calculations can be performed, even if the fuel cell system is not operating at full load. Resistance R is stored each time until the next full load operation. Then, if necessary, a new resistance value R can be determined.

Mittels des beschriebenen Verfahrens ist es möglich, einen Alterungszustand der Brennstoffzelle oder einen von einer Betriebshistorie der Brennstoffzelle abhängigen Zustand der Brennstoffzelle zu erkennen, welcher insbesondere durch eine geringere Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellensystems gekennzeichnet ist.By means of the described method, it is possible to detect an aging state of the fuel cell or a state of the fuel cell dependent on an operating history of the fuel cell, which is characterized in particular by a lower performance of the fuel cell system.

Weiterhin ist es möglich, dass ein beispielsweise kurzfristiger Einfluss sich ändernder Umgebungsbedingungen auf die Brennstoffzelle, wie z. B. ein Auftreten besonders hoher Luftfeuchtigkeit bei Nebel oder dergleichen oder einer besonders starken topografischen Steigung, anhand eines sich ändernden Verlaufs der Polarisationskurve 2 und damit der Leistungskennlinie 6 erkannt werden. Furthermore, it is possible that, for example, a short-term influence of changing environmental conditions on the fuel cell, such. As an occurrence of particularly high humidity in fog or the like or a particularly strong topographical slope, based on a changing course of the polarization curve 2 and thus the performance curve 6 be recognized.

Denkbar ist auch, mittels des Verfahrens einen Betriebszustand der Brennstoffzelle einzustellen, welcher z. B. Folgen eines Störfalls, etwa eines Ausfalls eines Sensors, berücksichtigt und entsprechende Gegenmaßnahmen bereitstellt. Wird dabei die minimale Brennstoffzellenspannung Umin oder der maximale Brennstoffzellensystemstrom Imax geändert, so kann mittels der linearen Funktion 3 ein neuer Wert für die Brennstoffzellenleistung P auf sehr einfache und schnelle Art und Weise ermittelt werden.It is also conceivable to set an operating state of the fuel cell by means of the method, which z. B. consequences of an accident, such as a failure of a sensor, taken into account and provides appropriate countermeasures. If in this case the minimum fuel cell voltage Umin or the maximum fuel cell system current Imax is changed, then by means of the linear function 3 a new value for the fuel cell power P can be determined in a very simple and fast manner.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Koordinatensystemcoordinate system
22
Polarisationskurvepolarization curve
33
lineare Funktionlinear function
44
Startpunktstarting point
55
Arbeitspunktworking
66
LeistungskennliniePower curve
UU
Brennstoffzellenspannungfuel cell voltage
U0U0
LeerlaufspannungOpen circuit voltage
UImax U Imax
erste Brennstoffzellenspannung (berechnete Brennstoffzellenspannung bei Imax)first fuel cell voltage (calculated fuel cell voltage at Imax)
UminUmin
minimale Brennstoffzellenspannungminimum fuel cell voltage
II
BrennstoffzellenstromA fuel cell power
ImaxImax
maximaler Brennstoffzellenstrommaximum fuel cell current
IUmin I Umin
erster Brennstoffzellenstrom (berechneter Brennstoffzellenstrom bei Umin)first fuel cell current (calculated fuel cell current at Umin)
IPmax I Pmax
zweiter Brennstoffzellenstrom (berechneter Brennstoffzellenstrom bei maximaler Brennstoffzellenleistung)second fuel cell stream (calculated fuel cell stream at maximum fuel cell power)
PP
Brennstoffzellenleistungfuel cell performance
PmaxPmax
maximale Brennstoffzellenleistungmaximum fuel cell power

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007044640 A1 [0002] DE 102007044640 A1 [0002]

Claims (9)

Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle, bei dem eine eine Spannungs-Strom-Abhängigkeit beschreibende Polarisationskurve (2) der Brennstoffzelle ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationskurve (2) unter zumindest einer vorgegebenen Bedingung mittels einer linearen Funktion (3) approximiert wird.Method for operating a fuel cell, in which a polarization curve describing a voltage-current dependency ( 2 ) of the fuel cell, characterized in that the polarization curve ( 2 ) under at least one predetermined condition by means of a linear function ( 3 ) is approximated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als eine Bedingung ein erfasster Betrieb der Brennstoffzelle zumindest annähernd in einem Volllastbereich vorgegeben wird.A method according to claim 1, characterized in that as a condition a detected operation of the fuel cell is predetermined at least approximately in a full load range. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als eine Bedingung eine unterhalb einer minimalen Brennstoffzellenspannung (Umin) erfasste momentane Brennstoffzellenspannung (U) vorgegeben wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that as a condition below a minimum fuel cell voltage (Umin) detected instantaneous fuel cell voltage (U) is specified. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der linearen Funktion (3) ein erster Brennstoffzellenstrom (IUmin) bei minimaler Spannung der Brennstoffzelle ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that based on the linear function ( 3 ) a first fuel cell current (I Umin ) is determined with minimum voltage of the fuel cell. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der linearen Funktion (3) eine erste Brennstoffzellenspannung (UImax) bei maximalem Strom der Brennstoffzelle ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that based on the linear function ( 3 ) a first fuel cell voltage (U Imax ) is determined at maximum current of the fuel cell. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ersten vorgegebenen Bedingung eine maximale Brennstoffzellenleistung (Pmax) mittels der linearen Funktion (3) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at a first predetermined condition, a maximum fuel cell power (Pmax) by means of the linear function ( 3 ) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer zweiten vorgegebenen Bedingung bei einer ersten vorgegebenen Bedingung die maximale Brennstoffzellenleistung (Pmax) als Produkt aus einem maximalen Brennstoffzellenstrom (Imax) und der ermittelten ersten Brennstoffzellenspannung (UImax) ermittelt wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that in a second predetermined condition at a first predetermined condition, the maximum fuel cell power (P max ) is determined as the product of a maximum fuel cell current (Imax) and the determined first fuel cell voltage (U Imax ) , Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Brennstoffzellenstrom (Imax) aus einem Minimum aus dem ersten Brennstoffzellenstrom (IUmin) und einem zweiten Brennstoffzellenstrom (IPmax) ermittelt wird.A method according to claim 7, characterized in that the maximum fuel cell current (Imax) from a minimum of the first fuel cell current (I Umin ) and a second fuel cell current (I Pmax ) is determined. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des maximalen Brennstoffzellenstroms (Imax) weiteren Limitierungen des Brennstoffzellensystems (IBZS) berücksichtigt werden.A method according to claim 8, characterized in that in the determination of the maximum fuel cell current (Imax) further limitations of the fuel cell system (I BZS ) are taken into account.
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