DE102017213944A1 - Method for operating a fuel cell assembly and apparatus for carrying out the method - Google Patents

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Abstract

Verfahren (200) zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung (1) mit einer Brennstoffzelle (10), einem elektromagnetisch gesteuerten Proportionalventil (4) und einer Zufuhrleitung (16), wobei das Proportionalventil (4) über die Zufuhrleitung (16) einen Wasserstoffmassenstrom (20) einem Anodenbereich (101) der Brennstoffzelle (10) zuführt, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schritte:1. Anlegen (24) einer ersten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4), wobei das Proportionalventil (4) so weit geöffnet wird, so dass ein erster Wasserstoffmassenstrom (20) über die Zufuhrleitung (16) zu dem Anodenbereich (101) der Brennstoffzelle (10) eingeleitet wird;2. Messen (26) einer ersten elektrischen Stromstärke an der Brennstoffzelle (10), die sich bei diesem Massenstrom einstellt;3. Bestimmen (28) des ersten Wasserstoffmassenstroms (20) durch die gemessene erste elektrische Stromstärke an der Brennstoffzelle (10);4. Zuordnen (30) der angelegten ersten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4) zu dem bestimmten ersten Wasserstoffmassenstrom (20);5. Wiederholen (32) der Schritte 1 bis 4 durch Anlegen mindestens einer zweiten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4), wobei die erste elektrische Stromstärke an dem Proportionalventil (4) nicht gleich der zweiten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4) ist;6. Ausgeben (34) einer funktionalen Korrelation (23) zwischen der elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4) und dem Wasserstoffmassenstrom (20).Method (200) for operating a fuel cell arrangement (1) with a fuel cell (10), an electromagnetically controlled proportional valve (4) and a supply line (16), wherein the proportional valve (4) via the supply line (16) a hydrogen mass flow (20) a Anodenbereich (101) of the fuel cell (10) supplies, characterized by the following steps: 1. Applying (24) a first electric current to the proportional valve (4), wherein the proportional valve (4) is opened so far that a first hydrogen mass flow (20) via the supply line (16) to the anode region (101) of the fuel cell (10 ) 2. Measuring (26) a first electrical current intensity at the fuel cell (10) which adjusts itself at this mass flow; Determining (28) the first hydrogen mass flow (20) by the measured first electric current strength at the fuel cell (10); Assigning (30) the applied first electric current intensity at the proportional valve (4) to the determined first hydrogen mass flow (20); Repeating (32) steps 1 to 4 by applying at least a second electrical current to the proportional valve (4), wherein the first electrical current at the proportional valve (4) is not equal to the second electrical current at the proportional valve (4); Outputting (34) a functional correlation (23) between the electric current strength at the proportional valve (4) and the hydrogen mass flow (20).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, beispielsweise zur Anwendung in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb.The invention relates to a method for operating a fuel cell assembly and to an apparatus for carrying out the method, for example for use in vehicles with fuel cell drive.

Stand der TechnikState of the art

Die DE 10 2012 204 565 A1 beschreibt ein Proportionalventil, das Teil einer Brennstoffzellenanordnung ist, zum Steuern eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, wobei das Proportionalventil einen Düsenkörper, ein Schließelement und ein elastisches Dichtelement umfasst. In dem Düsenkörper ist wenigstens eine Durchlassöffnung ausgebildet, welche durch das Schließelement an einem Ventilsitz freigegeben oder verschlossen werden kann. Das elastische Dichtelement dichtet dabei am Ventilsitz ab. Das Schließelement ist durch einen Elektromagneten hubbewegbar und wird durch eine Feder in Richtung des Ventilsitzes kraftbeaufschlagt.The DE 10 2012 204 565 A1 describes a proportional valve, which is part of a fuel cell assembly, for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen, wherein the proportional valve comprises a nozzle body, a closing element and an elastic sealing element. In the nozzle body, at least one passage opening is formed, which can be released or closed by the closing element on a valve seat. The elastic sealing element seals on the valve seat. The closing element can be moved by an electromagnet and is acted upon by a spring in the direction of the valve seat.

Proportionalventile zeichnen sich dadurch aus, dass bei deren Verwendung nur geringe Druckschwankungen im Anodenpfad einer Brennstoffzelle auftreten und ein leiser Betrieb gewährleistbar ist. Im normalen Betriebsbereich des Proportionalventils treten häufige Öffnungs- und Schließvorgänge auf. Zur Optimierung von Spülvorgängen im Anodenpfad der Brennstoffzelle oder zum optimierten Betrieb einer Saugstrahlpumpe in einer Brennstoffzellenanordnung können auch zusätzliche Schaltvorgänge gewünscht sein. Weiterhin ist aufgrund von Toleranzen der Magnetkraft oder der Federkräfte oder Temperatureinflüssen in dem Proportionalventil eine Streuung der Einspritzmenge des gasförmigen Mediums vorhanden.Proportional valves are characterized by the fact that when they are used only small pressure fluctuations in the anode path of a fuel cell occur and quiet operation can be ensured. In the normal operating range of the proportional valve, frequent opening and closing operations occur. To optimize flushing processes in the anode path of the fuel cell or for optimized operation of a suction jet pump in a fuel cell assembly, additional switching operations may also be desired. Furthermore, due to tolerances of the magnetic force or the spring forces or temperature influences in the proportional valve, a scattering of the injection quantity of the gaseous medium is present.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Dadurch kann eine Verbesserung der Zumessgenauigkeit des gasförmigen Mediums und damit eine optimierte Funktionsweise der gesamten Brennstoffzellenanordnung erzielt werden.The invention relates to a method for operating a fuel cell assembly and to an apparatus for carrying out the method. Thereby, an improvement of the metering accuracy of the gaseous medium and thus an optimized operation of the entire fuel cell assembly can be achieved.

Dies wird erreicht mit einem Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung mit einer Brennstoffzelle, einem elektromagnetisch gesteuerten Proportionalventil und einer Zufuhrleitung. Das Proportionalventil führt einen Wasserstoffmassenstrom einem Anodenbereich der Brennstoffzelle zu. Das Verfahren zeichnet sich durch die nachfolgenden Schritte aus:

  1. 1. Anlegen einer ersten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil, wobei das Proportionalventil so weit geöffnet wird, so dass ein erster Wasserstoffmassenstrom über die Zufuhrleitung zu einem Anodenbereich der Brennstoffzelle eingeleitet wird;
  2. 2. Messen einer ersten elektrischen Stromstärke an der Brennstoffzelle;
  3. 3. Bestimmen des ersten Wasserstoffmassenstroms durch die gemessene erste elektrische Stromstärke an der Brennstoffzelle;
  4. 4. Zuordnen der angelegten ersten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil zu dem bestimmten ersten Wasserstoffmassenstrom;
  5. 5. Wiederholen der Schritte 1 bis 4 durch Anlegen mindestens einer zweiten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil, wobei die erste elektrische Stromstärke an dem Proportionalventil nicht gleich der zweiten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil ist;
  6. 6. Ausgeben einer funktionalen Korrelation zwischen der elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil und dem Wasserstoffmassenstrom.
This is achieved with a method for operating a fuel cell arrangement with a fuel cell, an electromagnetically controlled proportional valve and a supply line. The proportional valve supplies a hydrogen mass flow to an anode region of the fuel cell. The method is characterized by the following steps:
  1. 1. Applying a first electric current to the proportional valve, wherein the proportional valve is opened so far that a first hydrogen mass flow is introduced via the supply line to an anode region of the fuel cell;
  2. 2. measuring a first electric current at the fuel cell;
  3. 3. determining the first hydrogen mass flow by the measured first electric current at the fuel cell;
  4. 4. allocating the applied first electric current at the proportional valve to the determined first hydrogen mass flow;
  5. 5. Repeat the steps 1 to 4 by applying at least a second electrical current to the proportional valve, wherein the first electrical current at the proportional valve is not equal to the second electrical current at the proportional valve;
  6. 6. Outputting a functional correlation between the electric current at the proportional valve and the hydrogen mass flow.

Dadurch kann aus einem gewünschten Betriebspunkt der Brennstoffzelle der Betriebspunkt des Dosierventils ermittelt werden. Durch den Betriebspunkt der Brennstoffzelle kann eine Relation zwischen der elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil und dem Wasserstoffmassenstrom bestimmt und gespeichert werden. So kann aus einem vorgegebenen Betriebspunkt der Brennstoffzelle der notwendige Strom am Dosierventil bestimmt werden. Dieses Verfahren kann insbesondere in den ersten Betriebsstunden durchgeführt werden, wenn alle Komponenten optimal arbeiten und noch keine Leckagen vorhanden sind. Es ist jedoch auch möglich, das Verfahren über die gesamte Lebensdauer der Brennstoffzelle auszuführen, so dass jederzeit Korrekturen an der funktionalen Korrelation zwischen der elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil und dem Wasserstoffmassenstrom vorgenommen werden können.As a result, the operating point of the metering valve can be determined from a desired operating point of the fuel cell. By the operating point of the fuel cell, a relation between the electric current intensity at the proportional valve and the hydrogen mass flow can be determined and stored. Thus, from a predetermined operating point of the fuel cell, the necessary current at the metering valve can be determined. This method can be carried out in particular in the first hours of operation, when all components are working optimally and no leaks are still present. However, it is also possible to carry out the process over the entire life of the fuel cell, so that at any time corrections to the functional correlation between the electric current at the proportional valve and the hydrogen mass flow can be made.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Brennstoffzellenanordnung eine Strahlpumpe umfasst, welche über die Zufuhrleitung fluidisch mit dem Proportionalventil verbunden ist und dem Anodenbereich der Brennstoffzelle den Wasserstoffmassenstrom zuführt. Dadurch wird eine Verbesserung der Funktionsweise der gesamten Brennstoffzellenanordnung erzielt.In a first advantageous embodiment of the invention, it is provided that the fuel cell arrangement comprises a jet pump which is fluidically connected to the proportional valve via the supply line and supplies the hydrogen mass flow to the anode region of the fuel cell. As a result, an improvement in the operation of the entire fuel cell assembly is achieved.

In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass der Druck zumindest zeitweise, vorzugsweise kontinuierlich, in der Zufuhrleitung mittels einer Druckmesseinheit gemessen wird. Vorteilhafterweise wird stromaufwärts des Proportionalventils der Druck mittels der Druckmesseinheit gemessen und für die jeweils angelegte elektrische Stromstärke an dem Proportionalventil in der funktionalen Korrelation gespeichert. So kann eine optimale Durchführung des Verfahrens, angepasst an die Gegebenheiten in der Brennstoffzellenanordnung, erzielt werden.In an advantageous embodiment, it is provided that the pressure at least temporarily, preferably continuously, in the supply line by means of a pressure measuring unit is measured. Advantageously, upstream of the proportional valve, the pressure is measured by means of the pressure measuring unit and stored in the functional correlation for the respectively applied electric current intensity at the proportional valve. Thus, an optimal implementation of the method, adapted to the conditions in the fuel cell assembly can be achieved.

In vorteilhafter Weiterbildung wird der Wasserstoffmassenstrom mittels einer vorbekannten Massenkorrelation zwischen dem Wasserstoffmassenstrom und der elektrischen Stromstärke an der Brennstoffzelle aus der elektrischen Stromstärke an der Brennstoffzelle bestimmt. Diese vorbekannte Massenkorrelation kann beispielsweise aus dem Wirkungsgrad der Brennstoffzelle bestimmt werden. Durch diese kann der Wasserstoffmassenstrom der elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil zugeordnet werden, wodurch die Toleranzen einer Einspritzmengenstreuung des Proportionalventils minimiert werden.In an advantageous development of the hydrogen mass flow is determined by means of a known mass correlation between the hydrogen mass flow and the electric current to the fuel cell from the electric current to the fuel cell. This known mass correlation can be determined, for example, from the efficiency of the fuel cell. By this, the hydrogen mass flow of the electric current can be assigned to the proportional valve, whereby the tolerances of an injection quantity dispersion of the proportional valve are minimized.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine Steuereinheit, in welcher die vorbekannte Massenkorrelation gespeichert ist und durch welche das Verfahren ausgeführt wird, und eine Speichereinheit auf, in welcher die vorbekannte Massenkorrelation hinterlegt ist und die funktionale Korrelation speicherbar ist. Vorteilhafterweise umfasst die Steuereinheit ein Steuergerät oder mehrere Steuergeräte und vorteilhafterweise umfassen das Steuergerät oder die mehreren Steuergeräte die Speichereinheit. Dadurch kann das Verfahren in einfacher Weise und ohne konstruktive Änderungen an der Brennstoffzellenanordnung ausgeführt werden.An apparatus for carrying out the method has a control unit, in which the previously known mass correlation is stored and by which the method is carried out, and a memory unit, in which the previously known mass correlation is stored and the functional correlation can be stored. Advantageously, the control unit comprises one or more control devices, and advantageously the control device or the plurality of control devices comprise the memory unit. As a result, the method can be carried out in a simple manner and without design changes to the fuel cell arrangement.

Das beschriebene Verfahren und die Vorrichtung eignen sich vorzugsweise in einer Brennstoffzellenanordnung zum Steuern einer Wasserstoffzufuhr zu einem Anodenbereich einer Brennstoffzelle. Vorteile sind die geringen Druckschwankungen im Anodenpfad und ein leiser Betrieb.The described method and the device are preferably suitable in a fuel cell arrangement for controlling a hydrogen supply to an anode region of a fuel cell. Advantages are the low pressure fluctuations in the anode path and a quiet operation.

Figurenlistelist of figures

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Like reference numerals in the figures indicate the same or equivalent elements.

Es zeigen:

  • 1 eine mögliche Ausführung einer Brennstoffzellenanordnung in einem Anodenbereich einer Brennstoffzelle in schematischer Darstellung,
  • 2 ein Ablaufplan für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung,
  • 3 eine mögliche Ausführung der funktionalen Korrelation zwischen der elektrischen Stromstärke an einem Proportionalventil und einem Wasserstoffmassenstrom.
Show it:
  • 1 a possible embodiment of a fuel cell arrangement in an anode region of a fuel cell in a schematic representation,
  • 2 a flow chart for an embodiment of a method according to the invention for operating a fuel cell assembly,
  • 3 a possible embodiment of the functional correlation between the electric current on a proportional valve and a hydrogen mass flow.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt eine mögliche Ausführung einer Brennstoffzellenanordnung 1 in schematischer Darstellung. Die Brennstoffzellenanordnung 1 umfasst ein elektromagnetisch gesteuertes Proportionalventil 4 und eine Strahlpumpe 2, welche in einer Zufuhrleitung 16 angeordnet sind. Weiterhin umfasst die Brennstoffzellenanordnung 1 eine Brennstoffzelle 10 mit einem Anodenbereich 101 und einem Kathodenbereich 102. Durch die Zufuhrleitung 16 wird dem Anodenbereich 101 der Brennstoffzelle 10 gasförmiges Medium, ein Wasserstoffmassenstrom, zugeführt. Der Wasserstoffmassenstrom wird durch das Proportionalventil 4 zu der Strahlpumpe 2 gesteuert und durch diesen dem Anodenbereich 101 der Brennstoffzelle 10 zugeführt. Das Proportionalventil 4 wird über die Zufuhrleitung 16 durch einen Tank 25 mit Wasserstoff versorgt. 1 shows a possible embodiment of a fuel cell assembly 1 in a schematic representation. The fuel cell assembly 1 includes an electromagnetically controlled proportional valve 4 and a jet pump 2 which are in a supply line 16 are arranged. Furthermore, the fuel cell arrangement comprises 1 a fuel cell 10 with an anode area 101 and a cathode region 102 , Through the supply line 16 becomes the anode area 101 the fuel cell 10 gaseous medium, a hydrogen mass flow supplied. The hydrogen mass flow is through the proportional valve 4 to the jet pump 2 controlled and through this the anode area 101 the fuel cell 10 fed. The proportional valve 4 is via the supply line 16 through a tank 25 supplied with hydrogen.

Der Anodenbereich 101 der Brennstoffzelle 10 ist weiterhin mit einer Rückführleitung 14 verbunden, über die nicht verbrauchter Wasserstoff aus der Brennstoffzelle 10 einem Düsenbereich 3 der Strahlpumpe 2 zugeführt wird. Der nicht verbrauchte Wasserstoff wird in den Düsenbereich 3 der Strahlpumpe 2 angesaugt und mittels Impulsübertrag des Wasserstoffs aus dem Proportionalventil 4 wieder zurück in den Anodenbereich 101 der Brennstoffzelle 10 geführt. In der Rückführleitung 14 ist ein Wasserabscheider 13 mit einem Ablassventil 12 angeordnet. Durch die chemische Reaktion in der Brennstoffzelle werden neben dem nicht verbrauchten Wasserstoff auch Wasser und Stickstoff aus dem Anodenbereich der Brennstoffzelle geleitet. Der Wasserabscheider 13 trennt den nicht verbrauchten Wasserstoff von dem Wasser und dem Stickstoff und leitet diesen wieder zurück in die Zufuhrleitung 16. Das Wasser und der Stickstoff können bei Bedarf durch das Ablassventil 12 aus der Brennstoffzellenanordnung 1 nach außen freigegeben werden.The anode area 101 the fuel cell 10 is still with a return line 14 connected via the unused hydrogen from the fuel cell 10 a nozzle area 3 the jet pump 2 is supplied. The unused hydrogen becomes the nozzle area 3 the jet pump 2 aspirated and by means of momentum transfer of the hydrogen from the proportional valve 4 back to the anode area 101 the fuel cell 10 guided. In the return line 14 is a water separator 13 with a drain valve 12 arranged. The chemical reaction in the fuel cell, in addition to the unused hydrogen and water and nitrogen are passed from the anode region of the fuel cell. The water separator 13 separates the unused hydrogen from the water and nitrogen and returns it back to the supply line 16 , If necessary, the water and nitrogen can pass through the drain valve 12 from the fuel cell assembly 1 be released to the outside.

Weiterhin ist in der Zufuhrleitung 16 vor dem Proportionalventil 4 und nach der Strahlpumpe 2 eine Druckeinheit 6, 8 angeordnet, so dass der Druck zumindest zeitweise, vorzugsweise kontinuierlich, in der Zufuhrleitung 16 gemessen wird. Durch eine Wasserstoff-Zudosierung des Proportionalventils 4 in den Anodenbereich 101 der Brennstoffzelle 10 erfolgt eine Druckregelung in dem Anodenbereich 101 der Brennstoffzelle 10.Furthermore, in the supply line 16 in front of the proportional valve 4 and after the jet pump 2 a printing unit 6 . 8th arranged so that the pressure at least temporarily, preferably continuously, in the supply line 16 is measured. Through a hydrogen metering of the proportional valve 4 in the anode area 101 the fuel cell 10 there is a pressure control in the anode area 101 the fuel cell 10 ,

In der Brennstoffzellenanordnung 1 ist eine Steuereinheit 17 angeordnet, welche ein Steuergerät 17 umfasst. Das Steuergerät 17 ist mit dem Proportionalventil 4 und der Brennstoffzelle 10 sowie der Druckeinheit 6, 8 elektrisch verbunden. In the fuel cell assembly 1 is a control unit 17 arranged, which is a control unit 17 includes. The control unit 17 is with the proportional valve 4 and the fuel cell 10 and the printing unit 6 . 8th electrically connected.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 200 zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung 1, wie sie beispielsweise in 1 gezeigt ist. 2 shows an embodiment of a method 200 for operating a fuel cell assembly 1 as they are for example in 1 is shown.

An dem Proportionalventil 4 wird eine erste elektrische Stromstärke angelegt. Dabei wird das Proportionalventil 4 so weit geöffnet, dass ein erster Wasserstoffmassenstrom 20 über die Zufuhrleitung 16 und die Strahlpumpe 2 dem Anodenbereich 101 der Brennstoffzelle 10 zugeführt wird (Anlegen 24). Durch den zugeführten ersten Wasserstoffmassenstrom 20 wird an der Brennstoffzelle 10 eine elektrische Leistung erzeugt. Mittels des Steuergeräts 17 wird eine erste elektrische Stromstärke an der Brennstoffzelle 10 gemessen (Messen 26).At the proportional valve 4 a first electric current is applied. In the process, the proportional valve becomes 4 opened so far that a first hydrogen mass flow 20 via the supply line 16 and the jet pump 2 the anode area 101 the fuel cell 10 is fed (Create 24 ). By the supplied first hydrogen mass flow 20 is at the fuel cell 10 generates an electrical power. By means of the control unit 17 becomes a first electric current at the fuel cell 10 measured (measuring 26 ).

In dem Steuergerät 17 ist eine vorbekannte Massenkorrelation zwischen dem Wasserstoffmassenstrom 20 und der elektrischen Stromstärke an der Brennstoffzelle 10 hinterlegt, welche über den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle 10 ermittelt wurde. Mit Hilfe dieser vorbekannten Massenkorrelation wird der erste Wasserstoffmassenstrom 20 bestimmt (Bestimmen 28). Die erste angelegte elektrische Stromstärke an dem Proportionalventil 4 wird dann zu dem bestimmten ersten Wasserstoffmassenstrom zugeordnet (Zuordnen 30).In the control unit 17 is a known mass correlation between the hydrogen mass flow 20 and the electric current at the fuel cell 10 deposited, which about the efficiency of the fuel cell 10 was determined. With the help of this known mass correlation, the first hydrogen mass flow 20 determined (Determine 28 ). The first applied electric current at the proportional valve 4 is then assigned to the determined first hydrogen mass flow (Associate 30 ).

Die bereits genannten Schritte des Verfahrens 200 werden mit mindestens einer zweiten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil 4 wiederholt (Wiederholen 32). Für eine genaue und optimierte Funktionsweise können diese Verfahrensschritte beliebig oft mit verschiedenen elektrischen Stromstärken an dem Proportionalventil 4 wiederholt werden.The already mentioned steps of the procedure 200 be at least a second electric current to the proportional valve 4 repeated (repeat 32 ). For precise and optimized functioning, these method steps can be performed as often as desired with different electrical currents at the proportional valve 4 be repeated.

Je nach gewünschter Genauigkeit werden mehrere Messungen durchgeführt und vom Steuergerät 17 eine funktionale Korrelation 23 zwischen der elektrischen Stromstärke 18 an dem Proportionalventil 4 und dem Wasserstoffmassenstrom 20 ausgegeben (Ausgeben 34).Depending on the desired accuracy several measurements are carried out and by the control unit 17 a functional correlation 23 between the electric current 18 at the proportional valve 4 and the hydrogen mass flow 20 output (output 34 ).

Diese funktionale Korrelation 23 wird in einer Speichereinheit 21 hinterlegt, wobei das Steuergerät 17 dabei die Speichereinheit 21 umfassen kann. Die Speichereinheit 21 kann beispielsweise auch einen Server umfassen. Weiterhin können statt dem einen Steuergerät 17 auch mehrere Steuergeräte verwendet werden.This functional correlation 23 is in a storage unit 21 deposited, with the control unit 17 while the storage unit 21 may include. The storage unit 21 For example, it can also include a server. Furthermore, instead of a control unit 17 also several control units are used.

Stromaufwärts des Proportionalventils 4 ist eine Druckmesseinheit 6 angeordnet, die den Druck in der Zufuhrleitung 16 misst. Dieser Wert kann ebenfalls mit der jeweils angelegten elektrischen Stromstärke des Proportionalventils 4 in der funktionalen Korrelation 23 gespeichert werden. Weiterhin wird der Druck stromabwärts des Proportionalventils 4 in der Zufuhrleitung 16 mittels einer Druckmesseinheit 8 gemessen. Dieser kann ebenso mit der jeweils angelegten elektrischen Stromstärke des Proportionalventils 4 in der funktionalen Korrelation 23 gespeichert werden. Dadurch kann die funktionale Korrelation 23 so korrigiert werden, dass diese druckunabhängig verwendet werden kann.Upstream of the proportional valve 4 is a pressure measuring unit 6 arranged the pressure in the supply line 16 measures. This value can also be with the respective applied electric current of the proportional valve 4 in the functional correlation 23 get saved. Furthermore, the pressure downstream of the proportional valve 4 in the supply line 16 by means of a pressure measuring unit 8th measured. This can also with the respective applied electric current of the proportional valve 4 in the functional correlation 23 get saved. This can cause the functional correlation 23 be corrected so that it can be used independently of pressure.

3 zeigt eine funktionale Korrelation 23 zwischen der elektrischen Stromstärke 18 an dem Proportionalventil 4 und dem Wasserstoffmassenstrom 20. Hier ist die funktionale Korrelation 23 als lineare Kennlinie 22 ausgebildet. Aus der linearen Kennlinie 22 ist ersichtlich, dass zur Öffnung des Proportionalventils 4 eine elektrische Mindeststromstärke 36 notwendig ist. Ist die elektrische Mindeststromstärke 36 erreicht, wird von dem Proportionalventil 4 ein Wasserstoffmassenstrom 20 freigegeben. Ab dann ist der Wasserstoffmassenstrom 20 linear zu der elektrischen Stromstärke 18, so dass über einen benötigten Wasserstoffmassenstrom 38 direkt eine elektrische Stromstärke 37 an dem Proportionalventil 4 bestimmt werden kann. 3 shows a functional correlation 23 between the electric current 18 at the proportional valve 4 and the hydrogen mass flow 20 , Here is the functional correlation 23 as a linear characteristic 22 educated. From the linear characteristic 22 it can be seen that the opening of the proportional valve 4 a minimum electrical current 36 necessary is. Is the minimum electrical current 36 is achieved by the proportional valve 4 a hydrogen mass flow 20 Approved. From then on, the hydrogen mass flow 20 linear to the electric current 18 , so that over a required hydrogen mass flow 38 directly an electric current 37 at the proportional valve 4 can be determined.

Es ist jedoch nicht nur eine lineare Korrelation 23, sondern auch jede andere Form möglich. Weiterhin ist zu beachten, dass die funktionale Korrelation 23 eine Hysterese aufweist. Das heißt, je nach Startwert und Endwert der elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil 4 kann die funktionale Korrelation 23 variieren. Daher kann das Verfahren bei verschiedenen Start- und Endwerten der elektrischen Stromstärke des Proportionalventils 4 sowie umgekehrt wiederholt werden, um eine mögliche Hysterese zu berücksichtigen und diese in der funktionalen Korrelation 23 zu korrigieren.However, it is not just a linear correlation 23 but any other form possible. Furthermore, it should be noted that the functional correlation 23 has a hysteresis. That is, depending on the starting value and the end value of the electric current at the proportional valve 4 can the functional correlation 23 vary. Therefore, the method can be at different start and end values of the electric current of the proportional valve 4 and vice versa to account for possible hysteresis and this in functional correlation 23 to correct.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (9)

Verfahren (200) zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung (1) mit einer Brennstoffzelle (10), einem elektromagnetisch gesteuerten Proportionalventil (4) und einer Zufuhrleitung (16), wobei das Proportionalventil (4) über die Zufuhrleitung (16) einen Wasserstoffmassenstrom (20) einem Anodenbereich (101) der Brennstoffzelle (10) zuführt, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schritte: - Anlegen (24) einer ersten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4), wobei das Proportionalventil (4) so weit geöffnet wird, so dass ein erster Wasserstoffmassenstrom (20) über die Zufuhrleitung (16) zu dem Anodenbereich (101) der Brennstoffzelle (10) eingeleitet wird; - Messen (26) einer ersten elektrischen Stromstärke an der Brennstoffzelle (10), die sich bei diesem Massenstrom einstellt; - Bestimmen (28) des ersten Wasserstoffmassenstroms (20) durch die gemessene erste elektrische Stromstärke an der Brennstoffzelle (10); - Zuordnen (30) der angelegten ersten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4) zu dem bestimmten ersten Wasserstoffmassenstrom (20); - Wiederholen (32) der Schritte 1 bis 4 durch Anlegen mindestens einer zweiten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4), wobei die erste elektrische Stromstärke an dem Proportionalventil (4) nicht gleich der zweiten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4) ist; - Ausgeben (34) einer funktionalen Korrelation (23) zwischen der elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4) und dem Wasserstoffmassenstrom (20). Method (200) for operating a fuel cell assembly (1) with a fuel cell (10), an electromagnetically controlled proportional valve (4) and a supply line (16), wherein the proportional valve (4) via the supply line (16) a hydrogen mass flow (20) a Anodenbereich (101) of the fuel cell (10), characterized by the following steps: - applying (24) a first electric current to the proportional valve (4), wherein the proportional valve (4) is opened so far, so that a first hydrogen mass flow ( 20) is introduced via the supply line (16) to the anode region (101) of the fuel cell (10); - measuring (26) a first electric current at the fuel cell (10), which adjusts itself at this mass flow; - determining (28) the first hydrogen mass flow (20) by the measured first electric current intensity at the fuel cell (10); - assigning (30) the applied first electric current to the proportional valve (4) to the determined first hydrogen mass flow (20); - repeating (32) steps 1 to 4 by applying at least a second electrical current to the proportional valve (4), wherein the first electrical current at the proportional valve (4) is not equal to the second electrical current at the proportional valve (4); - outputting (34) a functional correlation (23) between the electric current at the proportional valve (4) and the hydrogen mass flow (20). Verfahren (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenanordnung (1) eine Strahlpumpe (2) umfasst, welche über die Zufuhrleitung (16) fluidisch mit dem Proportionalventil (4) verbunden ist und dem Anodenbereich (101) der Brennstoffzelle (10) den Wasserstoffmassenstrom (20) zuführt.Method (200) according to Claim 1 , characterized in that the fuel cell assembly (1) comprises a jet pump (2) which is fluidically connected to the proportional valve (4) via the supply line (16) and supplies the hydrogen mass flow (20) to the anode region (101) of the fuel cell (10) , Verfahren (200) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck zumindest zeitweise, vorzugsweise kontinuierlich, in der Zufuhrleitung (16) mittels einer Druckmesseinheit (6, 8) gemessen wird.Method (200) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the pressure at least temporarily, preferably continuously, in the supply line (16) by means of a pressure measuring unit (6, 8) is measured. Verfahren (200) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Proportionalventils (4) der Druck mittels der Druckmesseinheit (6) gemessen und für die jeweils angelegte elektrische Stromstärke an dem Proportionalventil (4) in der funktionalen Korrelation (23) gespeichert wird.Method (200) according to Claim 3 , characterized in that upstream of the proportional valve (4) the pressure is measured by means of the pressure measuring unit (6) and stored for the respective applied electric current at the proportional valve (4) in the functional correlation (23). Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffmassenstrom (20) mittels einer vorbekannten Massenkorrelation zwischen dem Wasserstoffmassenstrom (20) und der elektrischen Stromstärke an der Brennstoffzelle (10) aus der elektrischen Stromstärke an der Brennstoffzelle (10) bestimmt wird.Method (200) according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrogen mass flow (20) by means of a known mass correlation between the hydrogen mass flow (20) and the electric current at the fuel cell (10) from the electric current to the fuel cell (10) determined becomes. Vorrichtung (15) zur Durchführung des Verfahrens (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Steuereinheit (17), in welcher die vorbekannte Massenkorrelation gespeichert ist und durch welche die Schritte 1 bis 6 des Verfahrens nach Anspruch 1 ausgeführt werden, und eine Speichereinheit (21), in welcher die vorbekannte Massenkorrelation hinterlegt ist und die funktionale Korrelation (23) speicherbar ist.Device (15) for carrying out the method (200) according to one of the preceding claims, comprising a control unit (17) in which the previously known mass correlation is stored and by which steps 1 to 6 of the method according to FIG Claim 1 and a memory unit (21) in which the previously known mass correlation is stored and the functional correlation (23) can be stored. Vorrichtung (15) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (17) ein Steuergerät oder mehrere Steuergeräte umfasst.Device (15) according to Claim 6 , characterized in that the control unit (17) comprises a control device or a plurality of control devices. Vorrichtung (15) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät oder die mehreren Steuergeräte die Speichereinheit (21) umfassen.Device (15) according to Claim 7 , characterized in that the control device or the plurality of control devices comprise the memory unit (21). Brennstoffzellenanordnung (1) mit einer Vorrichtung (15) nach einem der Ansprüche 6 bis 8.Fuel cell assembly (1) with a device (15) according to one of Claims 6 to 8th ,
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