DE102015211447A1

DE102015211447A1 - Anordnung eines Brennstoffzellensystems und Steuerverfahren desselben

Info

Publication number: DE102015211447A1
Application number: DE102015211447.3A
Authority: DE
Inventors: Hyuck Roul Kwon; Kyoung Ku HA; Hyun Yoo Kim; Chang Ha Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2016-06-30
Also published as: US20160190616A1; US10090545B2; JP2016126997A; JP6656828B2; CN105742672A; CN105742672B; KR20160082182A; KR101655634B1

Abstract

Es sind eine Anordnung eines Brennstoffzellensystems und ein Steuerverfahren desselben vorgesehen. Die Anordnung des Brennstoffzellensystems umfasst einen Strömungssensor, der eingerichtet ist, um einen in das Brennstoffzellensystem eingeführten Luftstrom zu erfassen, und einen Luftkompressor, der eingerichtet ist, um die eingeführte Luft zu komprimieren, und ein Luftfolienlager zum Beibehalten einer minimalen Antriebsdrehzahl (U/min) oder größer aufweist. Zusätzlich umfasst das System einen Durchflussregler, der mit dem Brennstoffzellensystem verbunden ist. Demzufolge, da eine Luftmenge entsprechend einer erforderlichen Luftmenge des Brennstoffzellensystems durch Begrenzen oder wieder Zuführen einer übermäßigen Luftzufuhr bei gleichzeitiger Sicherstellung der Haltbarkeit und Abriebbeständigkeit des Luftkompressors, bei dem das Luftfolienlager eine Anwendung findet, zugeführt wird, wird ein Austrocknungsphänomen des einen Stapel umfassenden Brennstoffzellensystems aufgrund der übermäßigen Zufuhr von Luft verhindert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum stabilen Antreiben eines Luftkompressors, bei dem ein für ein Brennstoffzellensystem verwendetes Luftfolienlager (”air foil bearing”) angewendet wird, und insbesondere eine Anordnung und ein Verfahren zum Begrenzen einer übermäßigen Luftzufuhr eines in einem Brennstoffzellensystem verwendeten Luftkompressors und eine Anordnung und ein Verfahren des Brennstoffzellensystems zum wieder Zuführen der übermäßig zugeführten Luft.
HINTERGRUND
Im Allgemeinen, da Luft an ein Brennstoffzellensystem zugeführt wird, umfasst das Brennstoffzellensystem einen Luftkompressor und ein Kotaktlager, wie beispielsweise ein Kugellager, ist typischerweise darin verwendet worden. Jedoch, da das Kontaktlager aufgrund der Reibung des Lagers eine Begrenzung der Umdrehungen pro Minute (Drehzahl) aufweist, ist zunehmend ein Luftfolienlager verwendet worden, um die Drehzahlbegrenzung des Kompressors zu überwinden. Indessen, wenn das Luftfolienlager verwendet wird, kann ein Betreiben mit hoher Geschwindigkeit realisiert werden, da die Begrenzung der Umdrehungen pro Minute (Drehzahl) aufgrund des Lagers nicht vorhanden ist, eine Größe des Kompressors kann verringert werden und Geräusche können aufgrund eines berührungslosen/kontaktlosen Betreibens des Luftkompressors reduziert werden.
Jedoch, wenn eine durch das Luftfolienlager erforderliche Luftmenge minimal ist, wird eine Luftzufuhrmenge verringert, während die Umdrehungen pro Minute (U/min) eines Turbokompressors unter Verwendung des Luftfolienlagers reduziert werden. Insbesondere wenn die Antriebsdrehzahl (U/min) des Luftkompressors mit dem Luftfolienlager einen Abhebedrehzahlbereich oder weniger erreicht, erfolgt ein Kontakt zwischen einem Rotor und dem Lager, der einen Abrieb und eine Beschädigung einer Lageroberfläche bewirkt, wodurch sich die Haltbarkeit des Luftkompressors verschlechtert. Darüber hinaus, da die Tragfähigkeit des Lagers für den Rotor des Kompressors verringert wird, wird ein Schadensrisiko der Teile aufgrund einer Kollision zwischen dem Rotor, der gedreht wird, und dem Lager oder einem Gehäuse zum Zeitpunkt einer äußeren Einwirkung erhöht.
Indessen, wenn die Antriebsdrehzahl (U/min) auf die Abhebedrehzahl oder mehr erhöht wird, obwohl die erforderliche Luftmenge minimal ist, da die Luftzufuhrmenge erhöht wird, kann ein Austrocknungsphänomen auftreten, in dem eine für das Brennstoffzellensystem erforderliche Menge der Befeuchtung unzureichend ist, und eine Membran-Elektrolytanordnung (MEA) oder dergleichen wird trocken.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung ist gemacht worden, um die oben erwähnten Probleme, die im Stand der Technik auftreten, zu lösen, während durch den Stand der Technik erzielte Vorteile intakt gehalten werden.
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung stellt bereit eine Anordnung und ein Verfahren eines Brennstoffzellensystems und eine Anordnung und ein Verfahren zum Begrenzen/Beschränken einer übermäßigen Luftzufuhr eines bei dem Brennstoffzellensystem angewendeten Luftkompressors zum Zwecke der Sicherstellung der Antriebsstabilität des Brennstoffzellensystems mit einem Kompressor, bei dem ein Luftfolienlager eine Anwendung finden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann eine Anordnung eines Brennstoffzellensystems umfassen: einen Strömungssensor, der eingerichtet ist, um einen in das Brennstoffzellensystem eingeführten Luftstrom zu erfassen; einen Luftkompressor, der eingerichtet ist, um die eingeführte Luft zu komprimieren, und der ein Luftfolienlager zum Beibehalten einer minimalen Antriebsdrehzahl oder größer umfassen kann; und einen Durchflussregler, der mit dem Brennstoffzellensystem verbunden ist.
Insbesondere kann der Durchflussregler ein mit dem Brennstoffzellensystem verbundenes Abgasdruck-Einstellventil sein, das eingerichtet ist, um einen Abgasdruck und eine Luftzufuhrmenge einzustellen. Wenn eine durch die minimale Antriebsdrehzahl oder größer des Luftkompressors zugeführte Luftmenge eine durch das Brennstoffzellensystem erforderliche Luftmenge überschreitet, kann ein Öffnungsgrad des Abgasdruck-Einstellventils eingestellt werden.
Die Anordnung des Brennstoffzellensystems kann ferner eine Leitung umfassen, die eingerichtet ist, um mit Luft versorgt zu werden, die durch den Luftkompressor komprimiert wird, und um einen Teil der komprimierten Luft wieder zuzuführen, wobei der Durchflussregler ein Bypass-Ventil sein kann, das eingerichtet ist, um übermäßig zugeführte Luft wieder zuzuführen, wenn ein durch die minimale Antriebsdrehzahl oder größer des Luftkompressors zugeführte Luftmenge eine durch das Brennstoffzellensystem erforderliche Luftmenge überschreitet. Wenn die durch die minimale Antriebsdrehzahl des Luftkompressors zugeführte Luftmenge der durch das Brennstoffzellensystem erforderlichen Luftmenge entspricht oder kleiner ist, kann die Luftumwälzurig/Umluft durch das Bypass-Ventil freigegeben werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann ein Steuerverfahren eines Brennstoffzellensystems unter Verwendung der oben beschriebenen Anordnung des Brennstoffzellensystems umfassen: Beobachten von Daten des Luftkompressors des Brennstoffzellensystems; Bestimmen, ob eine Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors einer erforderlichen Drehzahl des Luftkompressors entspricht oder größer ist, nachdem die Daten des Luftkompressors beobachtet worden sind; Antreiben der Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors, wenn in dem zweiten Betrieb die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors der erforderlichen Drehzahl des Luftkompressors entspricht oder größer ist; und Verringern eines Förderstromes durch Einstellen eines Öffnungsgrades des Abgasdruck-Einstellventils.
Das Steuerverfahren kann ferner umfassen ein Erhöhen der Drehzahl des Luftkompressors und Erhöhen des Förderstromes durch Öffnen des Abgasdruck-Einstellventils, wenn die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors kleiner als die erforderliche Drehzahl des Luftkompressors in dem zweiten Betrieb ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann ein Steuerverfahren eines Brennstoffzellensystems unter Verwendung der oben beschriebenen Anordnung des Brennstoffzellensystems umfassen: Beobachten (z. B. Sammeln) von Daten des Luftkompressors des Brennstoffzellensystems; Bestimmen, ob eine Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors einer erforderlichen Drehzahl des Luftkompressors entspricht oder größer ist, nachdem die Daten des Luftkompressors beobachtet worden sind; Antreiben der Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors, wenn die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors der erforderlichen Drehzahl des Luftkompressors entspricht oder größer ist; Erfassen eines Öffnens und Schließens des Bypass-Ventils; und Erhöhen eines Rückführungsstromes/Rezirkulationsstromes durch Erhöhen eines Öffnungswertes des Bypass-Ventils zum Zeitpunkt des Schließens des Bypass-Ventils.
Das Steuerverfahren kann ferner umfassen ein Erhöhen des Öffnungswertes des Bypass-Ventils zum Zeitpunkt des Öffnens des Bypass-Ventils und Erfassen des Öffnens und Schließens des Bypass-Ventils, wenn die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors kleiner als die erforderliche Drehzahl des Luftkompressors in dem zweiten Betrieb ist.
Darüber hinaus kann das Steuerverfahren ferner umfassen ein Erhöhen des Förderstromes durch Erhöhen der Drehzahl des Luftkompressors, wenn das Bypass-Ventil geschlossen wird/ist, und Erhöhen der Drehzahl des Luftkompressors, Erhöhen des Förderstromes und Schließen des Bypass-Ventils, wenn das Bypass-Ventil in dem 6-1-ten Betrieb geöffnet wird/ist. Die beobachteten Daten des Luftkompressors können die erforderliche Drehzahl des Luftkompressors, die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors und eine erforderliche Luftmenge und eine tatsächliche Luftmenge des Brennstoffzellensystems umfassen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.
1 zeigt ein beispielhaftes Strukturdiagramm, das eine Anordnung eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
2 zeigt ein beispielhaftes Strukturdiagramm, das eine Anordnung eines Brennstoffzellensystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
3 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Antreiben eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
4 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Antreiben eines Brennstoffzellensystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
6 und 7 zeigen beispielhafte Graphen, die Regelzustände einer Luftzufuhrmenge der Anordnung des Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellen.
8 zeigt einen beispielhaften Graphen, der einen veränderlichen/variierenden Zustand eines Luftstromes eines Steuerverfahrens eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es versteht sich, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z. B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, Wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
Obwohl das Ausführungsbeispiel derart beschrieben wird, dass es eine Mehrzahl von Einheiten verwendet, um den beispielhaften Prozess durchzuführen, versteht es sich, dass die beispielhaften Prozesse ebenfalls durch ein oder eine Mehrzahl von Modulen durchgeführt werden können. Darüber hinaus versteht es sich, dass sich der Ausdruck Steuerung/Steuereinheit auf eine Hardware-Vorrichtung bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor umfasst. Der Speicher ist eingerichtet, um die Module zu speichern, und der Prozessor ist insbesondere eingerichtet, um die besagten Module auszuführen, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, die weiter unten beschrieben werden.
Darüber hinaus kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nichtflüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt werden, das ablauffähige Programmbefehle umfasst, die durch einen Prozessor, eine Steuerung/Steuereinheit oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele von computerlesbaren Speichermedien umfassen in nicht einschränkender Weise ROM, RAM, Compact-Disc(CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppydisks, Flash-Laufwerke, Smart Cards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenfalls in netzgekoppelten Computersystemen dezentral angeordnet sein, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network (CAN).
Die hierin verwendete Terminologie ist zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen vorgesehen und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung einzuschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen ”ein”, ”eine/einer” und ”der/die/das” dazu vorgesehen, dass sie ebenso die Pluralformen umfassen, wenn aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke ”aufweisen” und/oder ”aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einen oder mehreren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck/Begriff ”und/oder” sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgeführten Elemente.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Insbesondere kann das Verfahren, wie es hierin nachfolgend beschrieben wird, durch eine Steuerung mit einem Prozessor und einem Speicher ausgeführt werden.
Eine Anordnung eines Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Offenbarung kann umfassen einen Strömungssensor 100, einen Luftkompressor 200 mit einem Luftfolienlager und einen Durchflussregler, der ein Abgasdruck-Einstellventil 400 ist, das mit dem Brennstoffzellensystem verbunden ist, wie dies in 1 dargestellt ist. Der Strömungssensor 100 kann eingerichtet sein, um in das Brennstoffzellensystem 300 eingeführte Luft zu filtern und um einen Luftstrom zu erfassen. Der Luftkompressor 200 kann eingerichtet sein, um die eingeführte Luft zu komprimieren, und kann das Luftfolienlager aufweisen, um zu ermöglichen, dass eine minimale Antriebsdrehzahl beibehalten werden kann.
Unterdessen stellt das Luftfolienlager eine Art eines Luftlagers dar, wobei, wenn eine Welle in ausreichender Weise und schnell gedreht wird, ein Arbeitsfluid, wie beispielsweise Luft, eine Folie von der Welle drückt, um einen Kontakt zwischen der Welle und der Folie zu verhindern. Insbesondere können die Welle und die Folie abgehoben werden, während sie durch Luft mit hohem Druck, der durch eine Drehung erzeugt wird, indem Luft zwischen die Folie und die Welle durch einen Viskositätseffekt gedrückt wird, getrennt und gelagert werden.
Darüber hinaus kann die Anordnung des Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Offenbarung mit der durch den Luftkompressor 200 komprimierten Luft versorgt werden und kann eingerichtet sein, um das Abgasdruck-Einstellventil 400 als den Durchflussregler zu verwenden, um mit dem Brennstoffzellensystem 300 verbunden zu werden, wodurch die Luftzufuhrmenge eingestellt wird. Wenn eine durch die minimale Antriebsdrehzahl des Luftkompressors 200 zugeführte Luftmenge eine durch das Brennstoffzellensystem 300 erforderliche Luftmenge überschreitet, kann ein Öffnungsgrad des Abgasdruck-Einstellventils 400 eingestellt werden. Mit anderen Worten kann, wenn die durch die minimale Antriebsdrehzahl des Luftkompressors 200 zugeführte Luftmenge größer als die durch das Brennstoffzellensystem 300 erforderliche Luftmenge ist, die Luftzufuhrmenge durch Ändern des Öffnungsgrades des Abgasdruck-Einstellventils 400 eingestellt werden.
In dem Brennstoffzellensystem 300 gemäß der vorliegenden Offenbarung, in dem der Luftkompressor 200 unter Verwendung des Luftfolienlagers verwendet wird, kann die minimale Antriebsdrehzahl eines Turbokompressors unter Verwendung einer Luftfolie bei einer minimalen Drehzahl rpm_min angetrieben werden, die erforderlich ist, um eine Tragfähigkeit beizubehalten, die in der Lage ist, äußeren Einwirkungen standzuhalten. Zum Beispiel kann die minimale Drehzahl des Rotors bestimmt werden durch Messen eines Abhebe-Timings (das bestimmt werden kann durch Messen eines Drehmoments, eines aufgenommenen Stromes eines Motors des Kompressors und dergleichen) eines Rotors und einer Tragfähigkeit für jede Drehzahl und Berücksichtigen einer auf das Fahrzeug ausgeübten Einwirkung/Beeinflussung. Insbesondere wenn die durch die minimale Drehzahl des Luftkompressors 200 zugeführte Luftmenge größer als die durch das Brennstoffzellensystem 300 erforderliche Luftmenge ist, kann die Luftzufuhrmenge durch Ändern des Öffnungsgrades des Abgasdruck-Einstellventils 400 eingestellt werden.
Unterdessen, wie in 6 und 7 gezeigt, wenn der Rotor abgehoben wird, kann ein auf die Welle aufgebrachtes Drehmoment verringert werden, während eine durch den Kontakt erzeugte Reibungskraft entfernt wird. Insbesondere kann eine Drehzahl (Umdrehungen pro Minute – U/min – RPM), die der Abhebe-Drehzahl entspricht oder größer ist und eine niedrigste Tragfähigkeit sicherstellen kann, die in der Lage ist, einer äußeren Erregung/Anregung standzuhalten, als eine niedrigste Drehzahl eingestellt werden (z. B. eine minimale Drehzahl). Wenn die durch die niedrigste Drehzahl zugeführte Luftmenge größer als die durch das Brennstoffzellensystem 300 erforderliche Luftmenge ist, kann die Luftzufuhrmenge derart eingestellt werden, dass sie der Anforderung des Brennstoffzellensystems 300 entspricht, indem der Öffnungsgrad des Abgasdruck-Einstellventils 400 geschlossen (z. B. verringert/reduziert) wird.
Unterdessen kann eine Anordnung eines Brennstoffzellensystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung umfassen einen Strömungssensor 100, der eingerichtet ist, um eine in ein Brennstoffzellensystem 300 eingeführten Luftstrom (z. B. Durchflussrate/Durchsatz) zu erfassen, einen Luftkompressor 200, der eingerichtet ist, um die eingeführte Luft zu komprimieren, und ein Luftfolienlager aufweisen kann, um eine minimale Antriebsdrehzahl beizubehalten, eine Leistung (nicht gezeigt), die mit der durch den Luftkompressor 200 komprimierten Luft versorgt wird und eingerichtet ist, um einen Teil der komprimierten Luft (Druckluft) wieder zuzuführen/in Umlauf zu bringen, und einen Durchflussregler, der ein Bypass-Ventil 500 sein kann, das mit dem Brennstoffzellensystem verbunden wird, wie dies in 2 dargestellt wird. Insbesondere wenn ein durch die minimale Antriebsdrehzahl des Luftkompressors 200 zugeführte Luftmenge eine durch das Brennstoffzellensystem 300 erforderliche Luftmenge überschreitet, kann das Bypass-Ventil 500 eingerichtet sein, um übermäßig zugeführte Luft wieder zuzuführen/zu rezirkulieren.
Unterdessen kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung das Brennstoffzellensystem 300 mit der durch den Luftkompressor 200 komprimierten Luft versorgt werden und kann eingerichtet sein, um die komprimierte Luft wieder in Umlauf zu bringen/zu rezirkulieren. Da der Strömungssensor 100, der Luftkompressor 200 und das Brennstoffzellensystem 300 die gleichen wie jene sind, die oben in dem Ausführungsbeispiel beschrieben werden, wird eine sich überschneidende Beschreibung derselben weggelassen.
Ferner kann die Leitung (z. B. eine Kommunikationsleitung/Kommunikationsstrecke, Durchgang oder dergleichen) mit der durch den Luftkompressor 200 komprimierten Luft versorgt werden und kann eingerichtet sein, um einen Teil davon wieder zuzuführen/in Umlauf zu bringen. Das Bypass-Ventil 500 kann eingerichtet sein, um einen Teil der Luft von einer hinteren Stufe des Luftkompressors 200 zu einer vorderen Stufe des Luftkompressors 200 zu rezirkulieren und die Luft durch Vergleichen einer Luftmenge des Luftkompressors 200 und einer durch das Brennstoffzellensystem 300 erforderlichen Luftmenge zu rezirkulieren. Mit anderen Worten kann, wenn die durch die minimale Antriebsdrehzahl des Luftkompressors 200 zugeführte Luftmenge größer als die durch das Brennstoffzellensystem 300 erforderliche Luftmenge ist, das Bypass-Ventil 500 geöffnet werden, um eine übermäßig zugeführte Durchflussmenge zu rezirkulieren, und wenn die durch die minimale Antriebsdrehzahl des Luftkompressors 200 zugeführte Luftmenge der durch das Brennstoffzellensystem 300 zugeführten Luftmenge entspricht oder kleiner ist, kann das Bypass-Ventil 500 geschlossen werden, um die Luftumwälzung/Rezirkulation der Luft freizugeben.
Ein Steuerverfahren eines Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Offenbarung kann umfassen ein Sammeln (S10) von Daten in Bezug auf einen Luftkompressor 200 eines Brennstoffzellensystems 300, Vergleichen und Bestimmen (S20) einer Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors 200 und einer erforderlichen Drehzahl des Luftkompressors 200, Antreiben (S30) der Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors 200 und Verringern (S40) einer Durchflussmenge durch Schließen eines Abgasdruck-Einstellventils 400, wie dies in 3 dargestellt ist.
In Schritt S10 können die Daten bezüglich des Luftkompressors 200 des Brennstoffzellensystems 300 gesammelt werden und können die erforderliche Drehzahl des Luftkompressors 200, die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors 200, eine erforderliche Luftmenge und eine tatsächliche Luftmenge umfassen. In Schritt S20 kann die Steuerung eingerichtet sein, um zu bestimmen, ob die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors 200 der erforderlichen Drehzahl des Luftkompressors 200 entspricht oder größer ist, nachdem die Daten des Luftkompressors 200 in S10 gesammelt worden sind.
In Schritt S30, wenn in S20 die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors 200 der erforderlichen Drehzahl des Luftkompressors 200 entspricht oder größer ist, kann die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors 200 angetrieben werden. Darüber hinaus kann, in Schritt S40, nachdem die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors 200 in S30 angetrieben wird, ein Förderstrom durch Schließen des Abgasdruck-Einstellventils 400 verringert werden. Indessen, wenn die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors 200 kleiner als die erforderliche Drehzahl des Luftkompressors 200 in S20 ist, kann die Steuerung eingerichtet sein, um den Förderstrom durch Erhöhen der Drehzahl des Luftkompressors 200 und Öffnen des Abgasdruck-Einstellventils 400 zu erhöhen.
Mit anderen Worten kann gemäß der vorliegenden Offenbarung, wie in 5 gezeigt, der an den Stapel des Brennstoffzellensystems 300 zugeführte Luftstrom auf der Grundlage des Öffnungsgrades des Abgasdruck-Einstellventils 400 eingestellt werden, um eine Luftmenge zuzuführen, die der erforderlichen Luftmenge des Brennstoffzellensystems 300 entspricht, wodurch ein Austrocknungsphänomen des Brennstoffzellensystems 300 einschließlich des Stapels aufgrund der übermäßigen Luftzufuhr verhindert wird und damit die Marktfähigkeit und Stabilität verbessert werden.
Darüber hinaus kann ein Steuerverfahren eines Brennstoffzellensystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung umfassen ein Sammeln (S10) von Daten in Bezug auf einen Luftkompressor 200 eines Brennstoffzellensystems 300, Bestimmen (S20), ob eine Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors 200 einer erforderlichen Drehzahl des Luftkompressors 200 entspricht oder größer ist, nachdem die Daten des Luftkompressors 200 in S10 gesammelt worden sind, Antreiben (S30) der Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors 200, wenn in S20 die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors 200 der erforderlichen Drehzahl des Luftkompressors 200 entspricht oder größer ist, Erfassen (S60) eines Öffnungs- und Schließzustandes eines Bypass-Ventils 500 und Erhöhen (S70) eines Rückführungsstromes durch Erhöhen eines Öffnungswertes (z. B. Erhöhen eines Öffnungsgrades) des Bypass-Ventils 500 während des Schließens des Bypass-Ventils 500 in S60, wie dies in 4 gezeigt ist.
Insbesondere da das Sammeln der Daten des Luftkompressors 200, das Vergleichen und Bestimmen der Drehzahlen und Antreiben der Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors 200 die gleichen wie jene sind, die oben in dem Ausführungsbeispiel beschrieben werden, wird eine sich überschneidende Beschreibung davon weggelassen. In Schritt S60, nachdem die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors 200 in S30 angetrieben wird, kann der Öffnungs- und Schließzustand des Bypass-Ventils 500 erfasst werden. In S70, wenn das Bypass-Ventil 500 geschlossen ist, kann der Rückführungsstrom durch Erhöhen des Öffnungswertes des Bypass-Ventils 500 erhöht werden (z. B. Erhöhen des Öffnungsgrades). Wenn das Bypass-Ventil 500 in S60 geöffnet ist, kann das Verfahren ferner ein Erhöhen des Öffnungswertes des Bypass-Ventils 500 umfassen.
Unterdessen, wenn die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors 200 kleiner als die erforderliche Drehzahl des Luftkompressors 200 in S20 ist, kann das Verfahren ein Erfassen (S61) des Öffnungs- und Schließzustandes des Bypass-Ventils 500 umfassen. Insbesondere wenn das Bypass-Ventil 500 in S61 geschlossen ist, kann das Verfahren ein Erhöhen (S72) des Förderstromes durch Erhöhen der Drehzahl des Luftkompressors 200 umfassen.
Zusätzlich, wenn das Bypass-Ventil 500 in S61 geöffnet ist, kann das Verfahren ein Erhöhen (S73) der Drehzahl des Luftkompressors 200, Erhöhen des Förderstromes und Schließen des Bypass-Ventils 500 umfassen. Mit anderen Worten kann gemäß der vorliegenden Offenbarung, wie in 8 gezeigt, der an den Stapel des Brennstoffzellensystems 300 zugeführte Luftstrom auf der Grundlage des Öffnungsgrades des Bypass-Ventils 500 eingestellt werden, um eine Luftmenge zuzuführen, die der erforderlichen Luftmenge des Brennstoffzellensystems 300 entspricht, wodurch ein Austrocknungsphänomen des Brennstoffzellensystems 300 einschließlich des Stapels aufgrund der übermäßigen Luftzufuhr verhindert wird und damit die Marktfähigkeit und Stabilität verbessert werden.
Wie oben beschrieben kann gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung, da eine Luftmenge, die der erforderlichen Luftmenge des Brennstoffzellensystems entspricht, durch Begrenzen/Beschränken oder Rezirkulieren der übermäßigen Luftzufuhr bei gleichzeitiger Sicherstellung der Haltbarkeit und Abriebbeständigkeit des Luftkompressors, bei dem das Luftfolienlager eine Anwendung findet, zugeführt werden kann, ein Austrocknungsphänomen des Brennstoffzellensystems einschließlich des Stapels aufgrund der übermäßigen Zufuhr an Luft verhindert werden, wodurch es ermöglicht wird, die Marktfähigkeit und Stabilität zu verbessern.
Wie oben beschrieben, obwohl die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele und die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden ist, wird der Durchschnittsfachmann verstehen, dass die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt ist, sondern verschiedene Modifikationen und Veränderungen gemacht werden könnten, ohne von dem in den folgenden Ansprüchen bestimmten Schutzbereich abzuweichen.
Bezugszeichenliste

100: Strömungssensor
200: Luftkompressor
300: Brennstoffzellensystem
400: Abgasdruck-Einstellventil
500: Bypass-Ventil

Claims

Anordnung eines Brennstoffzellensystems, aufweisend: einen Strömungssensor, der eingerichtet ist, um einen in das Brennstoffzellensystem eingeführten Luftstrom zu erfassen; einen Luftkompressor, der eingerichtet ist, um die eingeführte Luft zu komprimieren, und um ein Luftfolienlager zum Beibehalten einer minimalen Antriebsdrehzahl (U/min) oder größer aufzuweisen; und einen Durchflussregler, der mit dem Brennstoffzellensystem verbunden ist.
Anordnung des Brennstoffzellensystems nach Anspruch 1, wobei der Durchflussregler ein mit dem Brennstoffzellensystem verbundenes Abgasdruck-Einstellventil ist und eingerichtet ist, um einen Abgasdruck und eine Luftzufuhrmenge einzustellen.
Anordnung des Brennstoffzellensystems nach Anspruch 2, wobei, wenn eine durch die minimale Antriebsdrehzahl oder größer des Luftkompressors zugeführte Luftmenge eine durch das Brennstoffzellensystem erforderliche Luftmenge überschreitet, ein Öffnungsgrad des Abgasdruck-Einstellventils eingestellt wird.
Anordnung des Brennstoffzellensystems nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Leitung, die eingerichtet ist, um mit Luft, die durch den Luftkompressor komprimiert wird, versorgt zu werden, und um einen Teil der komprimierten Luft wieder zuzuführen, wobei der Durchflussregler ein Bypass-Ventil ist, das eingerichtet ist, um übermäßig zugeführte Luft wieder zuzuführen, wenn eine durch die minimale Antriebsdrehzahl oder größer des Luftkompressors zugeführte Luftmenge eine durch das Brennstoffzellensystem erforderliche Luftmenge überschreitet.
Anordnung des Brennstoffzellensystems nach Anspruch 4, wobei, wenn die durch die minimale Antriebsdrehzahl des Luftkompressors zugeführte Luftmenge der durch das Brennstoffzellensystem erforderlichen Luftmenge entspricht oder kleiner ist, die Luftumwälzung/Umluft durch das Bypass-Ventil freigegeben wird.
Steuerverfahren eines Brennstoffzellensystems unter Verwendung der Anordnung des Brennstoffzellensystems gemäß Anspruch 2, das Steuerverfahren aufweisend: Sammeln, durch eine Steuerung, von Daten in Bezug auf den Luftkompressor des Brennstoffzellensystems; Bestimmen, durch die Steuerung, ob nach Sammeln der Daten eine Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors einer erforderlichen Drehzahl des Luftkompressors entspricht oder größer ist; Antreiben, durch die Steuerung, der Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors, wenn die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors der erforderlichen Drehzahl des Luftkompressors entspricht oder größer ist; und Verringern, durch die Steuerung, eines Förderstromes durch Einstellen eines Öffnungsgrades des Abgasdruck-Einstellventils.
Steuerverfahren nach Anspruch 6, ferner aufweisend: Erhöhen, durch die Steuerung, der Drehzahl des Luftkompressors und Erhöhen des Förderstromes durch Öffnen des Abgasdruck-Einstellventils, wenn die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors kleiner als die erforderliche Drehzahl des Luftkompressors ist.
Steuerverfahren eines Brennstoffzellensystems unter Verwendung der Anordnung des Brennstoffzellensystems gemäß Anspruch 4, das Steuerverfahren aufweisend: Sammeln, durch eine Steuerung, von Daten in Bezug auf den Luftkompressor des Brennstoffzellensystems; Bestimmen, durch die Steuerung, ob nach Sammeln der Daten eine Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors einer erforderlichen Drehzahl des Luftkompressors entspricht oder größer ist; Antreiben, durch die Steuerung, der Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors, wenn die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors der erforderlichen Drehzahl des Luftkompressors entspricht oder größer ist; Erfassen, durch die Steuerung, eines Öffnungs- und Schließzustandes des Bypass-Ventils; und Erhöhen, durch die Steuerung, eines Rückführungsstromes/Rezirkulationsstromes durch Erhöhen eines Öffnungswertes des Bypass-Ventils beim Schließen des Bypass-Ventils.
Steuerverfahren nach Anspruch 8, ferner aufweisend: Erhöhen, durch die Steuerung, des Öffnungswertes des Bypass-Ventils beim Öffnen des Bypass-Ventils.
Steuerverfahren nach Anspruch 8, ferner aufweisend: Erfassen, durch die Steuerung, des Öffnungs- und Schließzustandes des Bypass-Ventils, wenn die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors kleiner als die erforderliche Drehzahl des Luftkompressors ist.
Steuerverfahren nach Anspruch 10, ferner aufweisend: Erhöhen, durch die Steuerung, des Förderstromes durch Erhöhen der Drehzahl des Luftkompressors, wenn das Bypass-Ventil geschlossen wird/ist.
Steuerverfahren nach Anspruch 10, ferner aufweisend: Erhöhen, durch die Steuerung, der Drehzahl des Luftkompressors und des Förderstromes, und Schließen, durch die Steuerung, des Bypass-Ventils, wenn das Bypass-Ventil geöffnet wird/ist.
Steuerverfahren nach Anspruch 6, wobei die Daten in Bezug auf den Luftkompressor die erforderliche Drehzahl des Luftkompressors, die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors und eine erforderliche Luftmenge und eine tatsächliche Luftmenge des Brennstoffzellensystems umfassen.
Steuerverfahren nach Anspruch 8, wobei die Daten in Bezug auf den Luftkompressor die erforderliche Drehzahl des Luftkompressors, die Leerlaufdrehzahl des Luftkompressors und eine erforderliche Luftmenge und eine tatsächliche Luftmenge des Brennstoffzellensystems umfassen.