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Diese Offenbarung betrifft ein System zum Management eines Brennstoffzellensystems. Genauer betrifft diese Offenbarung ein System zum Steuern einer Sauerstoffkonzentration in einem Kathodenteilsystem eines Brennstoffzellensystems.
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Personenfahrzeuge können Brennstoffzellen- („FC“)-Systeme aufweisen, um bestimmte Merkmale von elektrischen Systemen und Antriebsstrangsystemen eines Fahrzeugs mit Leistung zu beaufschlagen. Zum Beispiel kann ein FC-System in einem Fahrzeug verwendet werden, um Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs des Fahrzeugs direkt (zum Beispiel unter Verwendung von elektrischen Antriebsmotoren und dergleichen) und / oder über ein Zwischenbatteriesystem mit Leistung zu beaufschlagen. Wasserstoff ist ein möglicher Brennstoff, der in einem FC-System verwendet werden kann. Wasserstoff ist ein sauberer Brennstoff, der dazu verwendet werden kann, effizient Elektrizität in einer FC zu erzeugen. Ein Wasserstoff-FC-System ist eine elektrochemische Vorrichtung, die einen Elektrolyten zwischen einer Anode und einer Kathode aufweisen kann. Die Anode nimmt Wasserstoffgas auf, und die Kathode nimmt Sauerstoff oder Luft auf. Das Wasserstoffgas wird in der Anode aufgespalten, um freie Wasserstoffprotonen und Elektronen zu erzeugen. Die Wasserstoffprotonen können selektiv über den Elektrolyten geleitet werden. Die Elektronen von der Anode können nicht durch den Elektrolyt gelangen und werden somit durch eine Last geführt, in der sie Arbeit verrichten, bevor sie an die Kathode geliefert werden. Die Wasserstoffprotonen reagieren mit dem Sauerstoff und den Elektronen in der Kathode, um Wasser zu erzeugen.
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Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen („PEMFC“) können in FCbetriebenen Fahrzeugen verwendet werden. Die PEMFC umfasst allgemein eine protonenleitende Festpolymerelektrolytmembran, wie eine Perfluorsulfonsäuremembran. Eine Anode und Kathode, die in einer PEMFC enthalten sind, können fein geteilte Katalysatorpartikel (beispielsweise Platinpartikel) aufweisen, die auf Kohlenstoffpartikeln geträgert und mit einem lonomer gemischt sind. Die katalytische Mischung kann auf entgegengesetzten Seiten der Membran aufgetragen sein.
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Die Fähigkeit, eine Anionenverunreinigung von der Kathode zu entfernen, stellt beim Erzielen einer fortwährenden PEMFC-Systemleistung über die Zeit eine Betrachtung dar. Um die Bedingungen für die Entfernung von Kathodenanionenverunreinigungen zu verbessern, können herkömmliche PEMFC-Systeme eine niedrige Kathodenstöchiometrie aufweisen, wodurch die Spannung des PEMFC-Systems unter mäßiger Last nach unten getrieben wird. Solche Vorgehensweisen können jedoch in geringerer Stabilität und einer schlechteren Stromverteilung über aktive Katalysatorbereiche in dem PEMFC-System führen.
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DE 10 2007 035 056 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Rezirkulation von Kathodengas einer Brennstoffzellenanordnung, die eine Kathodengaszuführung, eine Kathodengasabführung und eine Rezirkulationsleitung aufweist. Hierbei besitzt die Vorrichtung zur Rezirkulation zusätzlich eine Sperrvorrichtung, die die Kathodengaszuführung und die Kathodengasabführung sperren kann, so dass bei geschlossener Sperrvorrichtung ein geschlossener Kreislauf für das teilverbrauchte Kathodengas gebildet wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, das für ein zuverlässiges und schnelles Entfernen von Kathodenverunreinigungen eine Verringerung einer Sauerstoffkonzentration im Kathodenabteil eines Brennstoffzellenstapels bei gleichzeitiger Beibehaltung eines geeigneten Feuchteniveaus von Eingangskathodenluft gewährleisten kann.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Das erfindungsgemäße System kann in Verbindung mit der Verbesserung von Bedingungen für eine Entfernung von Anionenverunreinigung in einer Kathode eines PEMFC-Systems verwendet werden. Bei beispielhaften Ausführungsformen kann ein PEMFC-System ein Anodenabteil und ein Kathodenabteil aufweisen. Wie hier verwendet ist, kann ein PEMFC-System eine einzelne Zelle aufweisen oder kann alternativ mehrere Zellen aufweisen, die in einer Stapelkonfiguration angeordnet sind. Das Kathodenabteil kann mit einer Kathodeneingangsleitung gekoppelt sein, die einem Kathodenkreislauf des PEMFC-Systems zugeordnet ist. Das Anodenabteil kann mit einer Anodeneingangsleitung gekoppelt sein, die einem Anodenkreislauf des PEMFC-Systems zugeordnet ist.
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Bei beispielhaften Ausführungsformen kann ein Abgasrückführungs-(„AGR“-)Ventil in einem Kathodenkreislauf eines PEMFC-Systems enthalten sein, um Kathodenabgas an einen Einlass eines Verdichters in einem Kathodenkreislauf rückzuführen. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Steuern der Rückführung des Kathodenabgases eine Sauerstoffkonzentration in der Kathode steuern. Eine geringere Sauerstoffkonzentration in der Kathode unter Hochleistungsbedingungen kann in einem erhöhten Sauerstoffmassentransportwiderstand resultieren, wodurch ein geringerer Grenzstrom in dem PEMFC-System resultiert. Bei gewissen Ausführungsformen kann dies eine geringere Spannung des PEMFC-Systems bei Bedingungen mit moderater Last und Wärmeerzeugung zur Folge haben. Bei einigen Ausführungsformen können derartige Bedingungen verbesserte Bedingungen für eine Anionenverunreinigungsentfernung in der Kathode eines PEMFC-Systems ermöglichen. Eine Rückführung von Kathodenabgas unter geringer Last kann eine Stapelspannung weiter auf gewisse Schwellenniveaus reduzieren, während der Bedarf reduziert wird, die Last zu der Batterie (z.B. über Spannungsunterdrückungsbetriebsabläufe) zu ziehen oder einen größeren Spannungszyklus (z.B. über einen Bereitschaftsbetrieb oder dergleichen) anzutreiben.
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Ein Brennstoffzellensystem gemäß beispielhafter Ausführungsformen kann ein Kathodenabteil aufweisen, das einen damit gekoppelten Verdichter aufweist. Der Verdichter kann so konfiguriert sein, dass er unter anderem ein Eingangskathodengas (z.B. Umgebungsluft, Sauerstoff, etc.) über einen Verdichtereingang aufnimmt und das Eingangskathodengas an das Kathodenabteil über einen Verdichterausgang liefert. Das Brennstoffzellensystem kann ferner ein Kathodengasrückführungsventil aufweisen, das mit dem Kathodenabteil gekoppelt und derart konfiguriert ist, einen Kathodenabgasausgang aufzunehmen und zumindest einen Anteil des Kathodenabgasausgangs selektiv an den Verdichtereingang zu liefern. Gemäß gewisser Ausführungsformen, wie hier offenbart ist, kann der Verdichter ferner derart konfiguriert sein, zumindest einen Anteil des Kathodenabgasausgangs an das Kathodenabteil über den Verdichterausgang zu liefern.
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Bei einigen Ausführungsformen kann ein Betrieb des Abgasrückführungsventils von einem Steuersystem gesteuert sein. Unter anderem kann das Steuersystem derart konfiguriert sein, den Betrieb des Abgasrückführungsventils durch selektives Betätigen des Ventils zu steuern. Beispielsweise kann das Steuersystem das Ventil selektiv basierend auf Rückkopplungsinformationen, die dem Brennstoffzellensystem zugeordnet ist, betätigen, wie einer Ausgangsspannung des Brennstoffzellensystems und/oder einer Sauerstoffkonzentration in dem Kathodenabteil. Bei gewissen Ausführungsformen kann das Steuersystem ferner derart konfiguriert sein, Messinformationen, die einer Ausgangsspannung des Brennstoffzellensystems zugeordnet ist, aufzunehmen und zumindest einen Betriebsablauf des Brennstoffzellensystems, der einem bestimmten Sauerstoffkonzentrationsschwellenniveau in dem Kathodenabteil zugeordnet ist, auf Grundlage dessen zu implementieren, dass die Messinformation zumindest eine Schwelle (z.B. Entfernung einer Kathodenanionenverunreinigung und/oder dergleichen) überschreitet.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen kann ein beispielhaftes, mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem verwendbares Verfahren zum Managen einer Sauerstoffkonzentration in einem Kathodenabteil eines Brennstoffzellensystems umfassen, dass ein Eingangskathodengas an einem Verdichtereingang empfangen wird. Ein Eingangskathodengas kann an das Kathodenabteil von einem Verdichterausgang geliefert werden. Ein Kathodengasausgang kann an einem Abgasrückführungsventil aufgenommen werden. Zumindest ein Anteil des Kathodengasausganges kann selektiv von dem Abgasrückführungsventil zu dem Verdichtereingang geliefert werden. Zusätzlich kann zumindest ein Anteil des Kathodenabgasausgangs an das Kathodenabteil von dem Verdichterausgang geliefert werden.
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Bei beispielhaften Ausführungsformen kann der Betrieb des Abgasrückführungsventils unter Verwendung eines Brennstoffzellensteuersystems gesteuert werden. Beispielsweise kann das Steuersystem das Abgasrückführungsventil selektiv betätigen. Bei gewissen Ausführungsformen kann eine selektive Betätigung des Abgasrückführungsventils eine selektive Betätigung des Abgasrückführungsventils auf Grundlage von Rückkopplungsinformationen, die dem Brennstoffzellensystem zugeordnet ist aufweisen. Die Rückkopplungsinformation kann unter anderem eine Ausgangsspannung des Brennstoffzellensystems und/oder eine Sauerstoffkonzentration in dem Kathodenabteil aufweisen. Das beispielhafte Verfahren kann ferner ein Empfangen von Messinformation, die einer Ausgangsspannung des Brennstoffzellensystems zugeordnet ist, und ein Implementieren zumindest eines Betriebsablaufs des Brennstoffzellensystems, der einem bestimmten Sauerstoffkonzentrationsschwellenniveau in dem Kathodenabteil zugeordnet ist, (z.B. Entfernung einer Kathodenanionenverunreinigung) auf Grundlage dessen implementieren, dass Messinformation zumindest eine Schwelle überschreitet.
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Bei einigen Ausführungsformen kann das vorher erwähnte beispielhafte Verfahren von Steuerelektronik, die einem PEMFC-System zugeordnet ist, ausgeführt und/oder unter Verwendung eines nichtflüchtigen computerlesbaren Mediums, das zugeordnete ausführbare Anweisungen speichert, implementiert sein.
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Es sind Ausführungsformen der Offenbarung mit Bezug auf die Figuren beschrieben, in welchen:
- 1 ein konzeptionelles Diagramm eines Kathodenkreislaufs eines PEMFC-Systems gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
- 2 einen Graphen zeigt, der eine beispielhafte Beziehung zwischen stöchiometrischem Gemisch, Durchfluss, Sauerstoffkonzentration und Stromdichte in einer Kathode PEMFC-Systems eines gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
- 3 einen detaillierteren Graphen zeigt, der eine beispielhafte Beziehung zwischen Sauerstoffkonzentration und Stromdichte in einer Kathode eines PEMFC-Systems gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
- 4 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Managen einer Sauerstoffkonzentration in einer Kathode eines PEMFC-Systems Systems gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
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Das hier offenbarte System kann in Verbindung mit einem Managen einer Sauerstoffkonzentration in einer Kathode eines PEMFC-Systems verwendet werden. Bei gewissen Ausführungsformen kann die Sauerstoffkonzentration in einer Kathode eines PMFC-Systems durch selektives Rückführen von Kathodenabgas durch die Kathode gesteuert werden. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Verringern der Sauerstoffkonzentration in der Kathode gemäß hier offenbarten Ausführungsformen unter anderem Bedingungen für eine Entfernung von Anionenverunreinigung in der Kathode des PEMFC-Systems verbessern.
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1 zeigt ein konzeptionelles Diagramm eines Kathodenkreislaufs 104 eines PEMFC-Systems 102, das in einem Fahrzeug 100 enthalten ist, gemäß hier offenbarten Ausführungsformen. Das Fahrzeug 100 kann ein Kraftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug und/oder irgendein anderer Typ von Fahrzeug sein und kann irgendeinen geeigneten Typ von Antriebsstrang aufweisen, der zur Integration des hier offenbarten Systems geeignet ist. Zusätzliche Ausführungsformen des offenbarten Systems können in Verbindung mit jeder anderen Art von FC-Systemen verwendet werden, einschließlich zum Beispiel stationären FC-Systemen (z.B. Generatoren). Wie gezeigt ist, kann das Fahrzeug 100 ein PEMFC-System 102 aufweisen, das derart konfiguriert ist, elektrische Leistung für bestimmte Komponenten des Fahrzeugs 100 bereitzustellen. Beispielsweise kann das PEMFC-System 102 so konfiguriert sein, Leistung für Komponenten eines elektrischen Antriebsstrangs des Fahrzeugs 100 bereitzustellen.
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Bei einigen Ausführungsformen kann das PEMFC-System 102 derart konfiguriert sein, Leistung direkt an elektrische Antriebsstrangkomponenten bereitzustellen. Bei gewissen Ausführungsformen kann das PEMFC-System 102 konfiguriert sein, um Leistung für Komponenten eines elektrischen Antriebsstrangs über ein Zwischenbatteriesystem bereitzustellen. Bei weiteren Ausführungsformen kann das PEMFC-System 102 derart konfiguriert sein, Leistung an ein oder mehrere andere Batteriesysteme zu liefern, einschließlich Niederspannungsbatteriesysteme (z.B. Bleisäure-12V-Kraftfahrzeugbatterien), die elektrische Energie an eine Vielzahl von Systemen des Fahrzeugs 100 liefern, einschließlich beispielsweise elektrische Kühlmittelpumpen, Beleuchtungssysteme, Audiosysteme und/oder dergleichen.
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Das PEMFC-System 102 kann eine einzelne Zelle oder mehrere Zellen aufweisen, die in einer Konfiguration eines PEMFC-Stapels 106 angeordnet sind, und kann gewisse PEMFC-Systemelemente und/oder -merkmale, wie oben beschrieben ist, enthalten. Bei einigen Ausführungsformen kann der PEMFC-Stapel 106 ein Kathodeneingangsgas aufnehmen, dass Sauerstoff oder Luft (z.B. Eingangskathodengas 112) umfassen kann. Während des Betriebs kann es sein, dass ein Anteil des Kathodeneingangsgases (Z. B. Sauerstoff) nicht von dem PEMFC MFC-Stapel 106 verbraucht wird, und kann somit als ein Kathodenabgas ausgegeben werden, das Wasser aufweisen kann. Wasser, das in dem Kathodenabgas enthalten ist, kann Wasserdampf und/oder flüssiges Wasser umfassen. Bei gewissen Ausführungsformen kann dieses Wasser durch eine Wasserdampfübertragungs- („WVT“) Einheit 108 in Kommunikation mit dem PEMFC-Stapel 106 abgefangen werden.
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Bei einigen Ausführungsformen kann durch die WVT-Einheit 108 abgefangenes Wasser in Verbindung mit einer Befeuchtung einer Kathodeneingangsluftströmung verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann Kathodeneinlassluft unter Verwendung eines Ladeluftkühlers („CAC“) (nicht gezeigt) in Kommunikation mit der WVT-Einheit 108 vor einer Übertragung des Eingangskathodengases 112 an die WVT-Einheit 108 gekühlt werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann Eingangskathodengas 112 unter Verwendung des CAC ermöglichen, dass sich die Luft bei einer besseren Temperatur zur Unterstützung der Wasserdampfübertragung befindet.
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Eingangskathodengas 112 und/oder Ausgangsgase 118 können in dem gezeigten PEMFC-System 102 unter Verwendung einer oder mehrerer Pumpen und/oder Verdichter umgewälzt werden. Bei gewissen Ausführungsformen kann beispielsweise ein Verdichter 114 in Kommunikation mit der WVT-Einheit 108 und/oder anderen Komponenten des Kathodenkreislaufs 104 stehen und derart konfiguriert sein, gewisse Gase (z.B. Eingangskathodengas 112 und/oder Wasserstoff und/oder Auslassgasse 118), die dem PEMFC-Stapel 106 und/oder verwandten Systemen (z.B. WVT-Einheit 108, etc.) zugeordnet sind, umzuwälzen.
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Bei einigen Ausführungsformen kann das PEMFC-System 102 ein AGR-Ventil 114 aufweisen, das in dem Kathodenkreislauf 104 angeordnet ist. Bei gewissen Ausführungsformen kann das AGR-Ventil 114 so konfiguriert sein, dass es selektiv eine Rückführung von Kathodenabgas zu einem Einlass des Verdichters 110 zulässt. Bei gewissen Ausführungsformen kann eine Steuerung einer Rückführung des Kathodenabgases unter Verwendung des AGR-Ventils 114 eine Sauerstoffkonzentration in der Kathode steuern. Beispielsweise kann bei gewissen Ausführungsformen durch selektives Rückführen des Kathodenabgases unter Verwendung des AGR-Ventils eine Sauerstoffkonzentration in der Kathode abgesenkt werden.
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Bei gewissen Ausführungsformen können eine oder mehrere Positionen des AGR-Ventils 114 einem oder mehreren Sauerstoffkonzentrationsniveaus in der Kathode des PEMFC-Systems 102 zugeordnet werden. Beispielsweise kann in einer ersten Position des AGR-Ventils 114 eine geringere Menge an Kathodenabgas durch die Kathode des PEMFC-Systems 102 rückgeführt werden, was in einer Sauerstoffkonzentration in der Kathode resultiert, die relativ näher an der Sauerstoffkonzentration in der Kathode ohne Kathodenabgasrückführung liegt. In einer zweiten Position des AGR-Ventils 114 kann eine erhöhte Menge an Kathodenabgas durch die Kathode des PEMFC-Systems 102 rückgeführt werden, was in einer relativ geringeren Sauerstoffkonzentration in der Kathode resultiert.
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Bei gewissen Ausführungsformen kann ein Gegendruckventil 116, das in dem Kathodenkreislauf 104 enthalten ist, dazu dienen, zumindest teilweise eine Strömung von Gasen in dem Kathodenkreislauf 104 und/oder Abgasen 118 von dem Kathodenkreislauf 104 zu verwalten und/oder anderweitig zu steuern. Bei einigen Ausführungsformen kann das Gegendruckventil 116 derart konfiguriert sein, einen Druck an einem oder mehreren Orten des Kathodenkreislaufs 104 innerhalb einer oder mehrerer Schwellen zu managen. Bei weiteren Ausführungsformen kann das Gegendruckventil 116 zusammen mit dem AGR-Ventil 114 in Verbindung mit rückgeführten Kathodenabgasen in dem Kathodenkreislauf 104 arbeiten.
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Unter Bedingungen mit höherer Leistung kann eine geringere Sauerstoffkonzentration in der Kathode in einem erhöhten Sauerstoffmassentransportwiderstand und zugeordneten geringeren Grenzströmen in dem PEMFC-System 102 resultieren. Bei gewissen Ausführungsformen können derartige Bedingungen in einer geringeren Ausgangsspannung des PEMFC-Systems 102 bei Bedingungen mit moderater Last und Wärmeerzeugung resultieren. Bei einigen Ausführungsformen können solche Bedingungen verbesserte Bedingungen für eine Entfernung einer Anionenverunreinigung in der Kathode eines PEMFC-Systems 102 ermöglichen.
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Das PEMFC-System 102 und/oder zugeordnete Systeme und/oder Komponenten können kommunikativ mit einem zugeordneten Steuersystem 120 gekoppelt sein. Das Steuersystem kann derart konfiguriert sein, gewisse Betriebsabläufe des PEMFC-Systems 102 und/oder zugeordnete Systeme und/oder Komponenten zu überwachen und zu steuern. Beispielsweise kann das Steuersystem 120 derart konfiguriert sein, Start-, Abschalt-, Lade- und/oder Entladebetriebsabläufe des FC-Systems 102 zu überwachen und zu steuern. Gleichermaßen kann das Steuersystem 120 derart konfiguriert sein, Betriebsabläufe des AGR-Ventils 114 und/oder anderer zugeordneter Systeme und/oder Komponenten des FC-Systems 102 in Verbindung mit Ausführungsformen des offenbarten Systems zu überwachen und/oder zu steuern.
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Bei gewissen Ausführungsformen kann eine Position des AGR-Ventils 114 von dem Steuersystem 120 und/oder irgendeinem anderen geeigneten System auf Grundlage von Rückkopplungsinformation bezüglich Betriebsbedingungen des PEMFC-Systems 102 gesteuert und/oder anderweitig gemanagt werden. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen die Position des AGR-Ventils 114 basierend auf einer gemessenen Stapelspannung (z.B. gemessene Stapelspannung bei einer bestimmten Last) gesteuert werden. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Position des AGR-Ventils 114 auf Grundlage von Information bezüglich einer Sauerstoffkonzentration in der Kathode des PEMFC-Systems 102 (z.B. einer gemessenen Sauerstoffkonzentration oder dergleichen) gesteuert werden.
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2 zeigt ein Diagramm 200, das eine beispielhafte Beziehung zwischen einem stöchiometrischen Gemisch 202, einem Gasdurchfluss 204 (d.h. einem Volumendurchfluss in Einheiten von Standardliter pro Minute oder dergleichen), Sauerstoffkonzentration 206 und Stromdichte 208 in einer Kathode eines PEMFC-Systems gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt. Die Achse 210 des Diagramms 200 repräsentiert eine prozentuale Änderung des stöchiometrischen Gemisches 202, des Kathodengasdurchflusses 204, der Sauerstoffkonzentration 206 und der Stromdichte 208 in einer Kathode eines PEMFC-Systems, Achse 212 des Graphen 200 repräsentiert eine Stromdichte des PEMFC-Systems (z.B. gemessen in A/cm2), und die Achse 214 des Diagramms 200 repräsentiert die Zeit in Sekunden.
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3 zeigt ein detaillierteres Diagramm 300, das eine beispielhafte Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration 206 und der Stromdichte 208 in einer Kathode eines PEMFC-Systems gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt. Wie in den 2 - 3 gezeigt ist, kann bei gewissen Ausführungsformen, wenn die Kathodensauerstoffkonzentration 206 erhöht ist (z.B. durch Betätigung eines AGR-Ventils in einem Kathodenkreislauf oder dergleichen), die Stromdichte 208 eines zugeordneten PEMFC-Systems ebenfalls zunehmen. Auf diese Weise kann die Kathodensauerstoffkonzentration 206 durch selektives Betätigen eines AGR-Ventils in einem zugeordneten Kathodenkreislauf abgestimmt werden, um gewisse gewünschte Niveaus an Stromdichte 208 und/oder Spannung des PEMFC-Systems zu erreichen. Beispielsweise kann die Kathodensauerstoffkonzentration 206 so gesteuert werden, um Grenzströme des PEMFC-Systems bei höheren Leistungsausgängen und/oder das Spannungsansprechen des PEMFC-Systems bei geringeren Leistungsausgängen zu beeinflussen.
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4 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zum Managen einer Sauerstoffkonzentration in einer Kathode eines PEMFC-Systems gemäß hier offenbarten Ausführungsformen. Das gezeigte Verfahren 400 kann zumindest teilweise unter Verwendung eines Steuersystems und/oder eines oder mehrerer Ventile ausgeführt werden, die einem Kathodenkreislauf eines PEMFC-Systems zugeordnet sind, wie einem AGR-Ventil, obwohl andere geeignete Systeme und/oder eine Kombination von Systemen ebenfalls verwendet werden kann.
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Das Verfahren 400 kann bei 402 beginnen. Bei gewissen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 basierend auf einer Auslösung von Schmutzstoffentfernungs- und/oder Spannungsrückgewinnungsbetriebsabläufen starten. Bei weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren 400 in Verbindung mit Betriebsabläufen zur Steuerung eines Spannungsprofils eines zugeordneten PEMFC-Systemstapels starten und unter anderem verwendet werden, um die Effizienz und/oder Haltbarkeit des Stapels zu verbessern.
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Bei 404 kann ein AGR-Ventil, das in einem Kathodenkreislauf des PEMFC-Systems enthalten ist, betätigt werden. Bei gewissen Ausführungsformen kann eine Betätigung des AGR-Ventils eine Rückführung von Kathodenabgas durch die Kathode des PEMFC-Systems ermöglichen (z.B. über ein zugeordnetes Verdichtersystem oder dergleichen), wodurch eine Sauerstoffkonzentration in der Kathode des PEMFC-Systems gesenkt wird. Bei gewissen Ausführungsformen kann das AGR in eine erste Position einer Mehrzahl von Positionen betätigt werden, wodurch eine Rückführung einer ersten Menge an Kathodenabgas durch die Kathode des PEMFC-Systems ermöglicht wird.
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Bei 406 kann bestimmt werden, ob eine Ausgangsspannung des PEMFC-Systems ein gewisses Schwellenniveau erreicht hat. Bei gewissen Ausführungsformen kann die Schwelle basierend auf einer Modellierung und/oder Charakterisierung oder einem anderen Testen des PEMFC-Systems und/oder eines ähnlichen PEMFC-Systems bestimmt werden. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Schwelle einer bestimmten Sauerstoffkonzentration in der Kathode des PEMFC-Systems zugeordnet werden. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen ein Direktrückkopplungssystem in Verbindung mit einem Charakterisierungsprozess verwendet werden, bei dem bei einer konstanten Last und Kathodenstöchiometrie bestimmt werden kann, wie eine zunehmende Kathodenabgasrückführung mit Änderungen der Ausgangsspannung des PEMFC-Systems korreliert (z.B. wie die Spannung mit zunehmender Rückführung abnimmt). Bei weiteren Ausführungsformen kann ein Rückkopplungssystem in Verbindung mit einer variierenden Kathodenabgasrückführung verwendet werden, um eine bestimmte Ausgangsspannung zu erreichen. Beispielsweise kann eine Zielausgangsspannung festgesetzt werden, und eine Position des AGR-Ventils kann über verschiedene Positionen geändert und/oder anderweitig iteriert werden, um die Ziel-Ausgangsspannung zu erreichen. Wenn die Ausgangsspannung das Schwellenniveau erreicht hat, kann das Verfahren 400 mit 408 fortfahren, wo ein geeigneter Betrieb, der einem bestimmten Sauerstoffkonzentrationsniveau in der Kathode zugeordnet ist, ausgeführt werden kann. Beispielsweise können bei einigen Ausführungsformen Betriebsabläufe zur Entfernung von Anionenverunreinigung von der Kathode des PEMFC-Systems ausgeführt werden. Bei anderen Ausführungsformen können andere die PEMFC konditionierende Betriebsabläufe, einschließlich Betriebsabläufen zur Steuerung eines Spannungsprofils, ausgeführt werden. Bei noch weiteren Ausführungsformen können bei 408 in Verbindung mit dem Verfahren 400 möglicherweise keine spezifischen Betriebsabläufe ausgeführt werden.
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Wenn die Ausgangsspannung das Schwellenniveau nicht erreicht hat, kann das Verfahren 400 zu 404 zurückkehren. Bei 404 kann das AGR-Ventil eine Betätigung fortsetzen, um zu ermöglichen, dass Kathodenabgas weiterhin durch die Kathode des PEMFC-Systems rückgeführt wird, wodurch eine Sauerstoffkonzentration in der Kathode des PEMFC-Systems gesenkt wird. Bei weiteren Ausführungsformen kann das AGR in eine zweite Position der Mehrzahl von Positionen betätigt werden, wodurch eine Rückführung einer zweiten Menge an Kathodenabgas durch die Kathode des PEMFC-Systems zugelassen wird. Bei gewissen Ausführungsformen kann die zweite Menge größer als die erste Menge an Kathodenabgas sein. Demgemäß kann ein Betätigen des AGR-Ventils in die zweite Position geringere Sauerstoffkonzentrationen in der Kathode des PEMFC-Systems zur Folge haben, als eine Betätigung des AGR-Ventils in die erste Position. Das Verfahren 400 kann mit 406 fortfahren, wo, falls die Ausgangsspannung der PEMFC das Schwellenniveau erreicht hat, das Verfahren 400 mit 408 fortfahren kann. Bei 408 kann ein geeigneter Betriebsablauf, der einem bestimmten Sauerstoffkonzentrationsniveau in der Kathode zugeordnet ist, ausgeführt werden. Das Verfahren kann bei 410 mit einer Beendigung fortfahren.
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Das erfindungsgemäße System kann zumindest teilweise unter Verwendung eines oder mehrerer Computersysteme implementiert sein. Zum Beispiel kann in bestimmten Ausführungsformen ein Steuersystem, das einem PEMFC-System zugeordnet ist, zumindest teilweise unter Verwendung eines oder mehrerer Computersysteme implementiert sein. Das hier offenbarte System bezieht sich nicht inhärent auf irgendeinen bestimmten Computer oder andere Vorrichtung und können durch eine geeignete Kombination von Hardware, Software und / oder Firmware implementiert sein. Software-Implementierungen können ein oder mehrere Computerprogramme aufweisen, die ausführbaren Code / Anweisungen umfassen, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor veranlassen, ein Verfahren durchzuführen, das zumindest teilweise durch die ausführbaren Anweisungen definiert ist. Das Computerprogramm kann in jeder Form von Programmiersprache, einschließlich kompilierter oder interpretierter Sprachen geschrieben sein, und kann in jeder Form eingesetzt werden, einschließlich als ein eigenständiges Programm oder als Modul, Komponente, Subroutine oder andere Einheit, die zur Verwendung in einer Rechenumgebung geeignet ist. Ferner kann ein Computerprogramm eingesetzt werden, das auf einem Computer oder auf mehreren Computern an einem Ort oder über mehrere Standorte verteilt und durch ein Kommunikationsnetzwerk verbunden, ausgeführt wird. Software-Ausführungsformen können als ein Computerprogrammprodukt implementiert sein, das ein nicht-transitorisches Speichermedium umfasst, das derart konfiguriert ist, um Computerprogramme und Befehle zu speichern, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, konfiguriert sind, um den Prozessor zu veranlassen, ein Verfahren gemäß den Anweisungen auszuführen. In der dargestellten Ausführungsform kann das nicht transistorische Speichermedium eine beliebige Form annehmen, die in der Lage ist, prozessorlesbare Anweisungen an einem nicht-transistorischen Speichermedium zu speichern. Ein nicht-transitorisches Speichermedium kann durch eine Compact-Disk, eine digitale Videoplatte, ein Magnetband, ein Bernoulli-Laufwerk, eine Magnetplatte, eine Lochkarte, Flash-Speicher, integrierte Schaltkreise oder eine beliebige andere nicht transitorische digitale Speichervorrichtung einer Verarbeitungseinrichtung ausgeführt werden.
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Zum Beispiel können bei bestimmten Ausführungsformen das System, das hierin offenbart ist, in FC-Systemen verwendet werden, die nicht in einem Fahrzeug enthalten sind (z. B. wie in Reserve-Stromquellen oder dergleichen).
