DE102016222670A1 - Verfahren, Brennstoffzellensystem und Fortbewegungsmittel mit bedarfsweisem Leistungsderating - Google Patents

Verfahren, Brennstoffzellensystem und Fortbewegungsmittel mit bedarfsweisem Leistungsderating Download PDF

Info

Publication number
DE102016222670A1
DE102016222670A1 DE102016222670.3A DE102016222670A DE102016222670A1 DE 102016222670 A1 DE102016222670 A1 DE 102016222670A1 DE 102016222670 A DE102016222670 A DE 102016222670A DE 102016222670 A1 DE102016222670 A1 DE 102016222670A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
cell system
deterioration
operating
informational
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102016222670.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Volker Formanski
Jürgen Thyroff
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102016222670.3A priority Critical patent/DE102016222670A1/de
Publication of DE102016222670A1 publication Critical patent/DE102016222670A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0053—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/33—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04686—Failure or abnormal function of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Es werden ein Brennstoffzellensystem (1), eine Arbeitsmaschine, ein Fortbewegungsmittel (10) sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems (1) vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte:Ermitteln einer Verschlechterung einer Informationslage bezüglich einer Wärmeabfuhr aus dem Brennstoffzellensystem (1) und im Ansprechen daraufBegrenzen einer maximalen Abgabeleistung des Brennstoffzellensystems (1) in Übereinstimmung mit einer vordefinierten Referenz.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, ein Fortbewegungsmittel sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine bestmögliche Weiterverwendung des Brennstoffzellensystems im Defektfall.
  • In einem Brennstoffzellensystem wird unter der Umsetzung von Luftsauerstoff und Wasserstoff elektrische Leistung erzeugt, die zur Versorgung eines Antriebsmotors verwendet werden kann. Bei dieser elektrochemischen Umsetzung entsteht aber auch Abwärme, die über ein geeignetes Kühlsystem aus dem Brennstoffzellensystem abgeführt werden muss. Die Leistungsgrenze des Kühlsystems hängt auch von der Umgebungs- und Betriebstemperatur ab. Das Brennstoffzellensystem regelt nach internen Vorgaben seine Betriebstemperatur alleine ein, solange die Abwärme über das Kühlsystem abgeführt werden kann. Ist die Leistungsgrenze des Kühlsystems bei der Ziel-Betriebstemperatur erreicht, kann ein Brennstoffzellensystem schadensfrei nur durch geeignete Maßnahmen - wie z. B. Anhebung des Drucks - betrieben werden, die letztendlich zu einer Anhebung des Lastpunktes führen. Die Erhöhung des Lastpunktes erfordert jedoch eine Anpassung der Betriebsbedingungen, die in der Regel einer Mehrbelastung aller Brennstoffzellenkomponenten und somit einer verringerten Lebensdauer entspricht.
  • Insbesondere im Falle eines Sensorausfalls, eines Ausfalls eines Aktuators bzw. im Falle aktiver Systemdiagnosen ist die Informationslage über den Betriebszustand des Brennstoffzellensystems beeinträchtigt. Im Stand der Technik wurde in einem solchen Fall stets das Brennstoffzellensystem außer Betrieb genommen, um einen Schaden am Brennstoffzellensystem und ggfs. An einer durch das Brennstoffzellensystem betriebenen Arbeitsmaschine (z. B. Traktionsmotor mit elektrischer Kühlung o. Ä.) zu verhindern.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik zu lindern bzw. gänzlich zu vermeiden.
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems gelöst. Das Brennstoffzellensystem kann bspw. zur elektrischen Energieversorgung eines Fortbewegungsmittels und/oder einer Arbeitsmaschine vorgesehen sein. Insbesondere kann eine Traktionsmaschine (z. B. ein Elektromotor mit zwei, drei oder mehr Phasen) durch das Brennstoffzellensystem versorgt werden. Zunächst wird eine Verschlechterung einer Informationslage bezüglich einer Wärmeabfuhr aus dem Brennstoffzellensystem ermittelt. Die Wärmeabfuhr kann bspw. hinsichtlich einer aktuell möglichen und/oder einer tatsächlichen aktuellen Wärmeabfuhr nicht mehr hinreichend genau ermittelbar sein. Dies kann bspw. aufgrund eines defekten Aktuators zur Einstellung von Betriebsparametern des Brennstoffzellensystems beruhen. Mit anderen Worten können Maßnahmen zur Betriebspunktbestimmung und/oder -stabilisierung nicht mehr hinreichend eingestellt und/oder überwacht werden. Ein solcher Fall kann auch dadurch erkannt werden, dass eine aktive Systemdiagnose angestoßen wird. Zur Vermeidung eines unzulässigen Betriebspunktes wird im Ansprechen auf das Erkennen der verschlechterten Informationslage eine maximale Abgabeleistung des Brennstoffzellensystems in Übereinstimmung mit einer vordefinierten Referenz begrenzt. Mit anderen Worten wird in vordefinierter Weise auf die erkannte, verschlechterte Informationslage reagiert, indem die Leistungsabgabe des Brennstoffzellensystems und somit auch seine Abwärmeleistung reduziert, zumindest jedoch „gedeckelt“, mit anderen Worten also begrenzt, wird. Im Ergebnis kann das Brennstoffzellensystem auch in suboptimalen Konfigurationen verwendet werden.
  • Mit anderen Worten kann der Betriebsbereich des Brennstoffzellensystems in einen Bereich eines Normalbetriebes und einen thermalen (temperaturbezogenen) Überlastbereich eingeteilt werden. Der thermale Überlastbereich wird durch die Umgebungstemperatur (u. a.) beeinflusst. Folglich ist der Basis-Betriebsbereich derart zu identifizieren, dass auch bei maximal anzunehmender Umgebungstemperatur (z. B. 40 °C) ein Brennstoffzellenbetrieb von 60 °C aufgrund der Wärmeabfuhrleistung des Thermal-Systems sichergestellt ist. Vorgeschlagen wird nun gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Reduzierung der maximalen Dauersystemleistung auf diejenige Leistung, die ein Verweilen aller Betriebsparameter im oben beschriebenen Basis-Betriebsbereich sicherstellt. Das bedeutet, dass durch die Begrenzung der Leistung der thermale Überlastbereich nicht mehr erreicht werden kann, und dass die zur Beherrschung erforderlichen Sensoren und/oder Aktuatoren nicht mehr benötigt werden. Auf diese Weise kann z. B. bei Ausfall von Systemkomponenten ein sicherer Weiterbetrieb des Brennstoffzellensystems und damit ein Weiterbetrieb des etwaig mit dem Brennstoffzellensystem angetriebenen Fahrzeugs mit reduzierter Leistung erreicht werden.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Die Verschlechterung der Informationslage kann bspw. durch ein Ausbleiben eines Sensorwertes erkannt werden. Mit anderen Worten kann eine Diagnose eines Sensors einen unplausiblen Wert oder keine Rückmeldung des Sensors ergeben. Dies schließt nicht aus, dass weitere Sensoren, welche Aufschlüsse über den Betriebszustand des Brennstoffzellensystems geben, weiterhin ordnungsgemäß zur Verfügung stehen. In diesem Fall können die weiteren, nach wie vor zur Verfügung stehenden Informationen in Verbindung mit der vordefinierten Referenz verwendet werden, um lediglich eine minimal erforderliche Begrenzung der maximalen Abgabeleistung des Brennstoffzellensystems vorzunehmen und somit eine bestmögliche Weiterverwendung des Brennstoffzellensystems sicherzustellen.
  • Die Sensorwerte können bspw. von einem Temperatursensor des Brennstoffzellensystems (z. B. eines Betriebsmittels), insbesondere eines Gases, und alternativ oder zusätzlich von einem Drucksensor des Brennstoffzellensystems (z.B. vergeblich) erwartet werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Umgebungstemperatur als Sensorwert (z.B. vergeblich) erwartet werden und die erfindungsgemäße Begrenzung der maximalen Abgabeleistung des Brennstoffzellensystems veranlassen.
  • Eine weitere, alternativ oder zusätzlich verwendbare Information, welche auf eine verschlechterte Informationslage bezüglich der Wärmeabfuhr des Brennstoffzellensystems schließen lässt, besteht in der Erkennung eines Unfalls, einer unvorhergesehenen Gewalteinwirkung o. Ä. Bspw. kann die Gewalteinwirkung dafür sorgen, dass ein zwar nach wie vor einwandfrei funktionierender Sensor einen normalen Wert ermittelt, welcher jedoch nicht mehr repräsentativ für das gesamte System (z. B. den Kühlkreislauf) ist und die Informationslage bezüglich des tatsächlichen Betriebszustandes des Brennstoffzellensystems sich verschlechtert haben könnte. Bspw. kann dies durch eine Unterbrechung oder eine Querschnittsverringerung in einem Kühlkreislauf des Brennstoffzellensystems der Fall sein. Während die im Brennstoffzellensystem zulässige Temperatur in einem ersten Bereich bereits überschritten worden ist, kann im Bereich des Sensors im Wesentlichen eine unveränderte Temperatur (in einem zulässigen Temperaturbereich) vorherrschen und vom Sensor gemeldet werden. Entsprechend sind sämtliche Informationen über einen Havarie Fall bzw. einen Defekt dahingehend auswertbar, dass eine verschlechterte Informationslage bezüglich der Wärmeabfuhr Kapazität aus dem Brennstoffzellensystem vorherrschen kann. Im Ansprechen darauf kann die erfindungsgemäße Begrenzung der maximalen Abgabeleistung des Brennstoffzellensystems veranlasst werden.
  • Die Referenz, anhand welcher die Begrenzung der maximalen Abgabeleistung des Brennstoffzellensystems nach dem Erkennen der verschlechterten Informationslage bestimmt werden kann, kann bspw. ein Kennfeld des Brennstoffzellensystems umfassen. Das Kennfeld kann die Abhängigkeit unterschiedlichster Betriebsparameter des Brennstoffzellensystems umfassen. In Abhängigkeit derjenigen Informationen, durch deren Ausbleiben die Informationslage bezüglich der Wärmeabfuhrkapazität beeinträchtigt ist, kann die Art und Weise sowie das Maß der Einschränkung der Leistungsabgabe des Brennstoffzellensystems ermittelt werden. Bspw. kann in Abhängigkeit einer nach wie vor verfügbaren Umgebungstemperaturinformation ein derartiger jeweiliger Betriebspunkt als maximal erlaubt definiert werden, welcher im schlechtest angenommenen Fall gerade noch so viel Abwärme des Brennstoffzellensystems generiert, dass die resultierenden Temperaturen und Drücke vordefinierte Grenzwerte einhalten. Alternativ oder zusätzlich kann ein Betriebsmodus eines Lüfters, welcher die Abfuhr von Abwärme des Brennstoffzellensystems begünstigen soll, berücksichtigt werden, wenn die Begrenzung der Abgabeleistung des Brennstoffzellensystems erfolgt. Da auch die Reisegeschwindigkeit und/oder eine Luftströmung durch einen Wärmetauscher eines Kühlsystems des Brennstoffzellensystems eine charakteristische Größe für die abführbare Wärme darstellt, kann auch die Reisegeschwindigkeit bzw. die Luftströmung bei der Begrenzung der Abgabeleistung des Brennstoffzellensystems in der Referenz berücksichtigt werden.
  • Insbesondere für den Fall, dass die Informationslage bezüglich der Wärmeabfuhrkapazität in einem solchen Betriebszustand des Brennstoffzellensystems erfolgt, in welchem mehr als die halbe maximale Leistung des Brennstoffzellensystems vom Brennstoffzellensystem erbracht wird, ist es erforderlich, rechtzeitig bzw. unverzüglich die maximale Abgabeleistung derart zu verringern, dass bspw. maximal der Hälfte der maximalen Abgabeleistung fortan erzeugt werden darf.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, welches bspw. für ein Fortbewegungsmittel, eine Arbeitsmaschine und/oder einen Elektromotor (z. B. eine Traktionsmaschine) vorgesehen oder zur energetischen Versorgung derselben eingerichtet ist. Das Brennstoffzellensystem umfasst eine Auswerteeinheit, welche eingerichtet ist, eine Verschlechterung einer Informationslage bezüglich einer Wärmeabfuhr aus dem Brennstoffzellensystem zu ermitteln. Mit anderen Worten kann eine Verschlechterung der Wärmeabfuhrkapazität unmittelbar erkannt oder das Risiko einer (unerkannten) Verschlechterung der Wärmeabfuhrkapazität angestiegen sein. Im Ansprechen darauf wird eine maximale Abgabeleistung des Brennstoffzellensystems in Übereinstimmung mit einer vordefinierten Referenz begrenzt. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile ergeben sich derart ersichtlich anhand derjenigen des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt verwiesen wird.
  • Gemäß einem dritten Erfindungsaspekt wird eine Arbeitsmaschine bzw. ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches elektrische Energie aus einem erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffzellensystem zu beziehen eingerichtet ist. Mit anderen Worten kann das Brennstoffzellensystem bspw. einen Elektromotor (z. B. eine Traktionsmaschine) des Fortbewegungsmittels bzw. der Arbeitsmaschine mit elektrischer Energie versorgen.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Fortbewegungsmittels mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffzellensystems,
    • 2 ein Kennfeld veranschaulichend Zusammenhänge zwischen einem auf die Kühlertemperaturdifferenz bezogenen Wärmemenge, welche über einer Systemabwärmeleistung für unterschiedliche Umgebungstemperaturen aufgetragen ist; und
    • 3 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 1 zeigt einen Pkw 10 als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Fortbewegungsmittels, welches mittels einer elektrischen Traktionsmaschine 6 angetrieben werden kann. Eine Brennstoffzelle 9 eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffzellensystems 1 ist eingerichtet, die Traktionsmaschine 6 mit elektrischer Energie zu versorgen. Den ordnungsgemäßen Betrieb der Brennstoffzelle 9 überwachen ein Temperatursensor 3 und ein Drucksensor 4, welche informationstechnisch mit einem elektronischen Steuergerät 2 als Auswerteeinheit des Brennstoffzellensystems 1 verknüpft sind. Ein Datenspeicher 7 hält Computerprogrammcode sowie Referenzen bereit, mittels welcher die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausführbar sind. Zudem erhält das elektronische Steuergerät 2 Informationen über einen Betriebszustand eines Lüfters 8 zur Kühlung des Brennstoffzellensystems 1 und Signale eines Umgebungstemperatursensors 5, um die Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungstemperatur und einer Betriebstemperatur des Brennstoffzellensystems 1 zu ermitteln. Im Ansprechen auf den Ausfall des Temperatursensors 3 kann das elektronische Steuergerät 2 anhand eines Betriebszustandes des Lüfters 8 und eines Signals des Umgebungstemperatursensors 5 die maximale Abgabeleistung der Brennstoffzelle 9 derart herabsetzen, dass sämtliche mögliche Betriebszustände zu unkritischen Betriebsparametern des Brennstoffzellensystems 1 führen.
  • 2 zeigt die Zusammenhänge zwischen einer auf die Einlasstemperaturdifferenz bezogenen Wärme in kW/K, welche über der Systemabwärmeleistung Q‘ in kW für unterschiedliche Umgebungstemperaturen θAMB bei konstanter Systemtemperatur θ1 (stets 60 °C) aufgetragen ist. Aus dem dargestellten Betriebskennfeld des exemplarischen Brennstoffzellensystems ergibt sich, dass bei einer Systemtemperatur θ1 von maximal 60 °C mit steigender Umgebungstemperatur θAMB bei immer geringeren Systemabwärmeleistungen Q‘ auf die Eingangstemperaturdifferenz ITD bezogene Wärmeflüsse Q‘ oberhalb von 3,0 erreicht werden. Mit anderen Worten ist in dem Fall, dass ein entsprechender auf die Eingangstemperaturdifferenz ITD bezogener Wärmefluss von 3,0 eingehalten (nicht überschritten) werden soll bei einer Umgebungstemperatur von 20 °C ein Systemabwärmestrom Q‘ von 120 kW einzuhalten, während bei einer Umgebungstemperatur θAMB von 40 °C lediglich die halbe Systemabwärmeleistung Q‘ von 60 kW zulässig ist. Der dargestellte Zusammenhang kann informationstechnisch als vordefinierte Referenz im System (z. B. im Datenspeicher 7 nach 1) vorgehalten und im Ansprechen auf das Ermitteln einer Verschlechterung einer Informationslage bezüglich einer Wärmeabfuhrkapazität zur Begrenzung der maximalen Abgabeleistung des Brennstoffzellensystems herangezogen werden.
  • 3 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems. In Schritt 100 wird das Brennstoffzellensystem mit einer relativ hohen (höher als eine halbe maximale) Abgabeleistung betrieben. In einem solchen Betriebspunkt ist die genaue Kenntnis der Betriebsparameter umso wichtiger, da andernfalls unzulässige und die Lebensdauer des Brennstoffzellensystems drastisch verkürzende Vorgänge eintreten können. In Schritt 200 wird ein Sensor-Defekt ermittelt, welcher auf eine Verschlechterung einer Informationslage bezüglich einer verfügbaren Wärmeabfuhrkapazität aus dem Brennstoffzellensystem schließen, zumindest jedoch das Risiko einer solchen Verschlechterung als erhöht annehmen lässt. In Schritt 300 werden die repräsentative Werte liefernden Sensoren abgefragt und deren Signale in Verbindung mit einer vordefinierten Referenz (Betriebskennfeld des Brennstoffzellensystems) ausgewertet, um diejenige Abgabeleistung zu bestimmen, welche gerade noch in jedem Fall zulässige Betriebsbedingungen für das Brennstoffzellensystem einhält. In Schritt 400 wird die maximale Abgabeleistung des Brennstoffzellensystems informationstechnisch derart begrenzt, dass die vorstehend genannten Betriebsbedingungen jederzeit eingehalten werden. Mit anderen Worten ist eine Überhitzung bzw. ein Betrieb bei ungeeignet hohen Drücken zwar erfindungsgemäß nicht mehr möglich, jedoch kann das Brennstoffzellensystem fortwährend zur Versorgung seiner Peripherie mit elektrischer Energie verwendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoffzellensystem
    2
    elektronisches Steuergerät
    3
    Temperatursensor (des Brennstoffzellensystems)
    4
    Drucksensor (des Brennstoffzellensystems)
    5
    Umgebungstemperatursensor
    6
    Traktionsmaschine
    7
    Datenspeicher
    8
    Lüfter
    9
    Brennstoffzelle
    10
    Pkw
    100- 400
    Verfahrensschritte
    ITD
    Einlasstemperaturdifferenz
    Q‘
    Systemabwärmestrom
    θ1
    Systemtemperatur
    θAMB
    Umgebungstemperatur

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems (1) umfassend die Schritte: - Ermitteln (200) einer Verschlechterung einer Informationslage bezüglich einer Wärmeabfuhr aus dem Brennstoffzellensystem (1) und im Ansprechen darauf - Begrenzen (400) einer maximalen Abgabeleistung des Brennstoffzellensystems (1) in Übereinstimmung mit einer vordefinierten Referenz.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verschlechterung der Informationslage ein Ausbleiben von Sensorwerten umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die ausbleibenden Sensorwerte - einen Temperaturwert des Brennstoffzellensystems (1) und/oder - einen Druckwert des Brennstoffzellensystems (1) umfassen.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verschlechterung der Informationslage im Ansprechen auf einen Unfall erkannt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Referenz ein Kennfeld des Brennstoffzellensystems (1) umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Begrenzen in Abhängigkeit - einer Umgebungstemperatur (ϑamb) und/oder - eines Betriebsmodus' eines Lüfters (8) und/oder - einer Reisegeschwindigkeit eines mit dem Brennstoffzellensystem (10) ausgestatteten Fortbewegungsmittels (10) erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei - die Verschlechterung der Informationslage in einem Betriebszustand mit mehr als halber maximaler Abgabeleistung des Brennstoffzellensystems (1) ermittelt wird und - die maximale Abgabeleistung auf maximal die Hälfte der maximalen Abgabeleistung begrenzt wird.
  8. Brennstoffzellensystem (1) umfassend - eine Auswerteeinheit (2), welche eingerichtet ist, - eine Verschlechterung einer Informationslage bezüglich einer Wärmeabfuhr aus dem Brennstoffzellensystem (1) zu ermitteln und im Ansprechen darauf - eine maximale Abgabeleistung des Brennstoffzellensystems (1) in Übereinstimmung mit einer vordefinierten Referenz zu begrenzen.
  9. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8, welches eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
  10. Arbeitsmaschine und/oder Fortbewegungsmittel (10) umfassend ein Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9.
DE102016222670.3A 2016-11-17 2016-11-17 Verfahren, Brennstoffzellensystem und Fortbewegungsmittel mit bedarfsweisem Leistungsderating Pending DE102016222670A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016222670.3A DE102016222670A1 (de) 2016-11-17 2016-11-17 Verfahren, Brennstoffzellensystem und Fortbewegungsmittel mit bedarfsweisem Leistungsderating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016222670.3A DE102016222670A1 (de) 2016-11-17 2016-11-17 Verfahren, Brennstoffzellensystem und Fortbewegungsmittel mit bedarfsweisem Leistungsderating

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102016222670A1 true DE102016222670A1 (de) 2018-05-17

Family

ID=62026321

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016222670.3A Pending DE102016222670A1 (de) 2016-11-17 2016-11-17 Verfahren, Brennstoffzellensystem und Fortbewegungsmittel mit bedarfsweisem Leistungsderating

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102016222670A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018218331A1 (de) 2018-10-26 2020-04-30 Audi Ag Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellenfahrzeug
DE102020133283A1 (de) 2020-12-14 2022-06-15 Audi Aktiengesellschaft Kühlsystem zum Kühlen einer steuerbaren Wärmequelle

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050227131A1 (en) * 2004-04-13 2005-10-13 Kenichiro Ueda Fuel cell system
DE102007024396A1 (de) * 2007-05-25 2008-11-27 Robert Bosch Gmbh Gestufte Abschaltung eines brennstoffzellenbasierten Antriebssystems
DE102014009865A1 (de) * 2014-07-03 2016-01-07 Daimler Ag Verfahren zum Kühlen einer Brennstoffzelle

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050227131A1 (en) * 2004-04-13 2005-10-13 Kenichiro Ueda Fuel cell system
DE102007024396A1 (de) * 2007-05-25 2008-11-27 Robert Bosch Gmbh Gestufte Abschaltung eines brennstoffzellenbasierten Antriebssystems
DE102014009865A1 (de) * 2014-07-03 2016-01-07 Daimler Ag Verfahren zum Kühlen einer Brennstoffzelle

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018218331A1 (de) 2018-10-26 2020-04-30 Audi Ag Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellenfahrzeug
DE102020133283A1 (de) 2020-12-14 2022-06-15 Audi Aktiengesellschaft Kühlsystem zum Kühlen einer steuerbaren Wärmequelle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015007394A1 (de) Verfahren zur überwachung wenigstens eines igbts auf alterung innerhalb einer arbeitsmaschine
WO2013014120A1 (de) Thermische überwachung eines umrichters
DE102008027743A1 (de) Steuervorrichtung und Steuerverfahren
DE112011104702T5 (de) Motoransteuersystemsteuervorrichtung
DE102019112033A1 (de) Verfahren zum betreiben eines brennstoffzellenstapels mit einem vorübergehend deaktivierten entlüftungsventil
DE112017001070T5 (de) Steuerschaltung
DE102016222670A1 (de) Verfahren, Brennstoffzellensystem und Fortbewegungsmittel mit bedarfsweisem Leistungsderating
DE102012204492A1 (de) Verfahren zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit von Hydraulikkomponenten im Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges
DE102016004285A1 (de) Verfahren zum Überwachen einer elektrischen Kühlmittelpumpe
EP0943468B1 (de) Luftfederungsanlage für Fahrzeuge
DE102017011715A1 (de) Verfahren zur Regeneration einer Brennstoffzelle
DE102020208845A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems, Steuereinheit
DE102015118800B4 (de) Verfahren zum Steuern von Brennstoffzellenfahrzeugen und Brennstoffzellenfahrzeuge
EP3724020B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines spannungswandlers
DE102014009865A1 (de) Verfahren zum Kühlen einer Brennstoffzelle
DE102013208326B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters, Wechselrichter
DE102017220547A1 (de) Ermittlung der Temperatur einer E-Maschine mittels eines Temperaturmodells
DE102018215723A1 (de) Temperaturabsenkung zur Leitwertreduzierung
DE10037568A1 (de) Verfahren,Computerprogramm und Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Drucks in einem Unterdruckspeicher eines pneumatisch betriebenen Servoaggregats
DE102013223020A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Vakuumpumpe
WO2009013141A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur regelung eines fahrzeuggenerators
DE102015202453A1 (de) Verfahren zur Steuerung eines Verbrauchers eines Niedervoltbordnetzes
DE102018217474A1 (de) Verfahren zum Schutz eines elektrisch unterstützten Lenksystems, insbesondere vor einer Fehlfunktion und/oder einem zumindest teilweisen Ausfall
DE102020201734A1 (de) Verfahren und System zur prädiktiven Regelung einer Temperatur mindestens eines Bereichs eines Bauteils eines Fahrzeuges
DE102014011798A1 (de) Verfahren zum Reduzieren eines aus einer Hochvoltbatterie eines Kraftwagens entnommenen Stroms sowie ein für das Verfahren geeignetes Hochvoltsystem

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed