DE102017214440A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung sowie entsprechende Brennstoffzellenanordnung - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung sowie entsprechende Brennstoffzellenanordnung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung (1), die eine Brennstoffzelle (5) zur Bereitstellung von elektrischer Energie in einem Stromkreis (6), wenigstens ein Brennstoffzellennebenaggregat (15), den über einen Gleichspannungswandler (7) elektrisch an die Brennstoffzelle (5) angeschlossenen Stromkreis (6) und eine Batterie (12) aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass zur Inbetriebnahme der Brennstoffzelle (5) die Batterie (12) elektrisch mit dem Stromkreis (6) verbunden und das Brennstoffzellennebenaggregat (15) mit der Batterie (12) entnommener elektrischer Energie betrieben wird, wobei nach der Inbetriebnahme in mindestens einer Betriebsart der Brennstoffzellenanordnung (1) die Batterie (12) elektrisch von dem Stromkreis (6) getrennt und der Gleichspannungswandler (7) ungetaktet betrieben wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennstoffzellenanordnung (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung, die eine Brennstoffzelle zur Bereitstellung von elektrischer Energie in einem Stromkreis, wenigstens ein Brennstoffzellennebenaggregat, den über einen Gleichspannungswandler elektrisch an die Brennstoffzelle angeschlossenen Stromkreis und eine Batterie aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennstoffzellenanordnung.
  • Die Brennstoffzellenanordnung bildet beispielsweise einen Bestandteil einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Antriebseinrichtung dient dem Antreiben des Kraftfahrzeugs, insoweit also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Die Antriebseinrichtung weist wenigstens ein Antriebsaggregat auf, welches bevorzugt als elektrische Maschine ausgestaltet ist. In diesem Fall dient die Brennstoffzellenanordnung der Bereitstellung von elektrischer Energie zum Betreiben der elektrischen Maschine.
  • Die Brennstoffzellenanordnung verfügt über die Brennstoffzelle, die der Bereitstellung von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom für den Stromkreis dient. An den Stromkreis ist das wenigstens eine Brennstoffzellennebenaggregat angeschlossen und zusätzlich vorzugsweise wenigstens ein Verbraucher, beispielsweise das Antriebsaggregat. Der Stromkreis selbst ist über den Gleichspannungswandler elektrisch an die Brennstoffzelle angeschlossen. Dem Stromkreis ist weiterhin die Batterie zugeordnet, mittels welcher elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom zwischengespeichert werden kann, insbesondere von der Brennstoffzelle bereitgestellte elektrische Energie.
  • Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2007 051 362 A1 bekannt. Diese betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem, einen mit dem Brennstoffzellensystem gekoppelten DC/AC-Wandler und einer mit dem DC/AC-Wandler gekoppelten Schnittstelle zum Versorgen eines fahrzeugunabhängigen Stromverbrauchers mit elektrischer Energie, wobei die Schnittstelle bei geschlossenen Fahrzeugtüren, geschlossenen Fenstern, geschlossenem Fahrzeugdach sowie geschlossenem Kofferraum von dem Außenbereich des Kraftfahrzeugs aus zugänglich ist.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung bereitzustellen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere einen Betrieb der Brennstoffzellenanordnung mit höherer Effizienz ermöglicht.
  • Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass zur Inbetriebnahme der Brennstoffzelle die Batterie elektrisch mit dem Stromkreis verbunden und das Brennstoffzellennebenaggregat mit der Batterie entnommener elektrischer Energie betrieben wird, wobei nach der Inbetriebnahme in wenigstens einer Betriebsart der Brennstoffzellenanordnung die Batterie elektrisch von dem Stromkreis getrennt und der Gleichspannungswandler ungetaktet betrieben wird.
  • Zur Inbetriebnahme der Brennstoffzelle ist elektrische Energie notwendig, insbesondere zum Starten und/oder Betreiben des Brennstoffzellennebenaggregats. Das Brennstoffzellennebenaggregat liegt beispielsweise in Form einer Fluidpumpe vor, mittels welcher der Brennstoffzelle Brennstoff und/oder ein Oxidator, insbesondere Luftsauerstoff, zugeführt wird oder zumindest zugeführt werden kann. Das Brennstoffzellennebenaggregat ist an den Stromkreis angeschlossen, ebenso die Batterie.
  • Zur Inbetriebnahme der Brennstoffzelle soll nun zunächst die Batterie elektrisch mit dem Stromkreis verbunden und das Brennstoffzellennebenaggregat betrieben werden, um die Brennstoffzelle in Betrieb zu nehmen. Die Brennstoffzelle leistet hierbei keinen Beitrag zum Versorgen des Brennstoffzellennebenaggregats mit elektrischer Energie. Vielmehr wird die zum Betreiben des Brennstoffzellennebenaggregats notwendige elektrische Energie vorzugsweise vollständig und ausschließlich der Batterie entnommen. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, die elektrische Energie zumindest teilweise oder vollständig durch Rekuperation, insbesondere mittels einer Traktionsmaschine, bereitzustellen. Es kann also zum Beispiel vorgesehen sein, dass die Energie zum Teil der Batterie entnommen und zum Teil mittels der Traktionsmaschine bereitgestellt wird.
  • Wurde das Brennstoffzellennebenaggregat in Betrieb genommen, so wird auch die Brennstoffzelle in Betrieb genommen, um nachfolgend elektrische Energie für den Stromkreis bereitzustellen. Die Brennstoffzelle ist elektrisch an den Stromkreis angeschlossen, nämlich über den Gleichspannungswandler. Der Gleichspannungswandler dient dem Umwandeln der von der Brennstoffzelle zur Verfügung gestellten Brennstoffzellenspannung auf die in dem Stromkreis vorliegende Stromkreisspannung, welche normalerweise einer Batteriespannung der Batterie entspricht, zumindest während die Batterie elektrisch mit dem Stromkreis verbunden ist. Beispielsweise ist die Batteriespannung stets größer als die Brennstoffzellenspannung. Beispielsweise beträgt die Batteriespannung mindestens 250 V, mindestens 275 V, mindestens 300 V, mindestens 325 V oder mindestens 350 V. Die Brennstoffzellenspannung ist in jedem Fall kleiner als die jeweilige Batteriespannung.
  • Der Unterschied zwischen der Brennstoffzellenspannung und der Batteriespannung wird mittels des Gleichspannungswandlers ausgeglichen, wobei der Gleichspannungswandler beispielsweise als Ladungspumpe arbeitet. Der Gleichspannungswandler weist wenigstens einen Leistungsschalter auf, welcher zum Umwandeln der Spannung periodisch geöffnet und geschlossen wird. In diesem Fall wird der Gleichspannungswandler getaktet betrieben, also in einem bestimmten Takt geöffnet und geschlossen.
  • Der getaktete Betrieb des Gleichspannungswandlers bedingt einen Wirkungsgradverlust der Brennstoffzellenanordnung. Gleichzeitig ist er jedoch notwendig, um gleichzeitig die Batterie und die Brennstoffzelle mit dem Stromkreis zu verbinden. Zur Erhöhung der Effizienz der Brennstoffzellenanordnung ist es daher in der wenigstens einen Betriebsart vorgesehen, die Batterie nach der Inbetriebnahme der Brennstoffzelle elektrisch von dem Stromkreis zu trennen und den Gleichspannungswandler ungetaktet zu betreiben. Folglich entspricht die in dem Stromkreis vorliegende Spannung der Brennstoffzellenspannung oder zumindest in etwa der Brennstoffzellenspannung. Beispielsweise entspricht sie der Brennstoffzellenspannung abzüglich einer über der Diode abfallenden Spannung.
  • Die beschriebene Vorgehensweise ist insbesondere sinnvoll, falls die mittels der Brennstoffzelle bereitgestellte elektrische Energie nicht zum Durchführen eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs verwendet, sondern zum Betrieb einer fahrzeugexternen Einrichtung herangezogen werden soll. Die zum Betrieb dieser Einrichtung benötigte elektrische Leistung ist üblicherweise derart klein, dass sie nicht zum Einbruch der Brennstoffzellenspannung und folglich der Stromkreisspannung führt. Es ist daher ohne weiteres möglich, den Gleichspannungswandler ungetaktet zu betreiben und die externe Einrichtung allein mithilfe der Brennstoffzelle mit elektrischer Energie zu versorgen.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass vor und/oder bei der Inbetriebnahme der Gleichspannungswandler derart betrieben wird, dass seine Ausgangsspannung einer Batteriespannung der Batterie entspricht. Vorstehend wurde bereits erwähnt, dass zur Inbetriebnahme der Brennstoffzelle zunächst die Batterie elektrisch mit dem Stromkreis verbunden wird und die Brennstoffzelle in Betrieb genommen wird. Das bedeutet, dass die von der Brennstoffzelle bereitgestellte Brennstoffzellenspannung kleiner ist als die von der Batteriespannung abhängende Stromkreisspannung. Aus diesem Grund wird der Gleichspannungswandler derart betrieben, dass seine Ausgangsspannung der Stromkreisspannung und entsprechend der Batteriespannung entspricht, sodass die von der Brennstoffzelle bereitgestellte Brennstoffzellenspannung auf diese gewandelt wird. Bevorzugt wird der Gleichspannungswandler hierzu getaktet betrieben, sodass also der vorstehend bereits erwähnte Leistungsschalter periodisch geöffnet und geschlossen wird. Dies ermöglicht eine einfache Inbetriebnahme der Brennstoffzelle.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass nach der Inbetriebnahme der Gleichspannungswandler derart betrieben wird, dass ein Batteriestrom der Batterie kleiner als ein Schwellenwert ist, und anschließend die Batterie von dem Stromkreis getrennt wird. Je kleiner der Batteriestrom ist, umso problemloser kann die Batterie von dem Stromkreis getrennt werden. Aus diesem Grund soll der Gleichspannungswandler vor dem Trennen der Batterie von dem Stromkreis derart betrieben werden, dass der Batteriestrom, welcher der Batterie in Richtung des Stromkreises entnommen wird, möglichst klein ist, insbesondere kleiner als der Schwellenwert, oder gleich Null ist.
  • Beispielsweise wird hierzu der Gleichspannungswandler so betrieben, dass seine Ausgangsspannung mindestens der Batteriespannung der Batterie entspricht oder gleich ist. Wurde auf diese Art und Weise der Batteriestrom reduziert, vorzugsweise auf null, so wird die Batterie von dem Stromkreis getrennt, sodass der Stromkreis nunmehr über den Gleichspannungswandler von der Brennstoffzelle mit elektrischer Energie versorgt wird. Dieses Entkoppeln der Batterie von dem Stromkreis ermöglicht das nachfolgende ungetaktete Betreiben des Gleichspannungswandlers.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Gleichspannungswandler nach Inbetriebnahme zur Bereitstellung einer ersten Spannung und nach dem Trennen der Batterie von dem Stromkreis zur Bereitstellung einer von der ersten Spannung verschiedenen zweiten Spannung in dem Stromkreis betrieben wird. Während die Batterie mit dem Stromkreis verbunden ist, soll der Gleichspannungswandler auf der Seite des Stromkreises die erste Spannung bereitstellen, sodass also die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers der ersten Spannung entspricht. Nach dem Trennen der Batterie von dem Stromkreis soll die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers der zweiten Spannung entsprechend. Vorzugweise ist die zweite Spannung kleiner als die erste Spannung und insoweit kleiner als die Batteriespannung. Die zweite Spannung wird durch das ungetaktete Betreiben des Gleichspannungswandlers realisiert, wodurch der Wirkungsgrad der Brennstoffzellenanordnung verbessert wird.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Gleichspannungswandler einen getaktet betreibbaren Leistungsschalter aufweist, der zur Inbetriebnahme getaktet betrieben wird und nach dem Trennen der Batterie von dem Stromkreis offen ist. Auf den Leistungsschalter des Gleichspannungswandlers wurde bereits hingewiesen. Dieser kann getaktet betrieben, also periodisch geöffnet und geschlossen werden. Während des ungetakteten Betreibens des Gleichspannungswandlers bleibt der Leistungsschalter vorzugsweise permanent geöffnet. Die Ausgestaltung des Gleichspannungswandlers mit dem Leistungsschalter ermöglicht das Betreiben der Brennstoffzellenanordnung sowohl mit an den Stromkreis angebundener Batterie als auch mit elektrisch von dem Stromkreis entkoppelter Batterie, wobei in letzterem Fall ein äußerst energieeffizienter Betrieb realisiert ist.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass während des ungetakteten Betriebs des Gleichspannungswandlers die Brennstoffzelle über eine Diode des Gleichspannungswandlers mit dem Stromkreis verbunden wird. Die Diode liegt in Form einer Sperrdiode vor und weist ihre Durchgangsrichtung von der Brennstoffzelle in Richtung des Stromkreises auf. Umgekehrt liegt also ihre Sperrrichtung von dem Stromkreis in Richtung der Brennstoffzelle vor. Über die Diode gelangt insoweit elektrische Energie von der Brennstoffzelle in den Stromkreis, sofern die Brennstoffzellenspannung größer ist als die Stromkreisspannung. Die Brennstoffzelle ist während des ungetakteten Betriebs ausschließlich über die Diode mit dem Stromkreis verbunden, also lediglich über ein passives elektrisches Bauelement. Der vorstehend erwähnte Leistungsschalter bleibt hingegen permanent offen.
  • Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in der wenigstens einen Betriebsart mittels eines an den Stromkreis angeschlossenen Wechselrichters elektrische Energie bereitgestellt wird. Die elektrische Energie liegt vorzugsweise in Form eines Wechselstroms vor und dient beispielsweise dem Betreiben der fahrzeugexternen Einrichtung, welche vorstehend bereits erwähnt wurde. Ganz allgemein kann jedoch ein beliebiger Verbraucher mit der elektrischen Energie betrieben werden. Der Wechselrichter stellt ausgangsseitig eine beliebige Anzahl an Phasen bereit, beispielsweise zwei Phasen oder drei Phasen. Der energieeffiziente Betrieb der Brennstoffzellenanordnung dient insoweit dem Betreiben des Verbrauchers beziehungsweise der fahrzeugexternen Einrichtung. In der wenigstens einen Betriebsart ist hingegen bevorzugt das Antriebsaggregat deaktiviert, wird also nicht mit elektrischer Energie beaufschlagt.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Findung sieht vor, dass in einer von der Betriebsart verschiedenen weiteren Betriebsart der Brennstoffzellenanordnung die Batterie elektrisch mit dem Stromkreis verbunden ist und der Gleichspannungswandler getaktet betrieben wird, wobei von der Brennstoffzelle und/oder der Batterie bereitgestellte elektrische Energie zum Betreiben einer Traktionsmaschine verwendet wird. Die Traktionsmaschine stellt das vorstehend bereits erwähnte Antriebsaggregat dar. Während in der wenigstens einen Betriebsart die Traktionsmaschine bevorzugt deaktiviert wird beziehungsweise ist, wird sie in der weiteren Betriebsart betrieben, indem ihr elektrische Energie zugeführt wird. Die elektrische Energie wird entweder von der Brennstoffzelle, der Batterie oder beiden bereitgestellt. Hierzu wird der Gleichspannungswandler getaktet betrieben, um die Brennstoffzellenspannung auf die Batteriespannung und mithin die Stromkreisspannung zu wandeln.
  • Schließlich kann im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Traktionsmaschine über einen Pulswechselrichter mit elektrischer Energie aus dem Stromkreis versorgt wird. Der Pulswechselrichter liegt bevorzugt zusätzlich zu dem bereits erwähnten Wechselrichter vor. Der Pulswechselrichter dient der Versorgung der Traktionsmaschine mit elektrischer Energie. Die Brennstoffzellenanordnung ist insoweit äußerst flexibel betreibbar, insbesondere kann sie in dem ungetakteten Betrieb des Gleichspannungswandlers mit hoher Effizienz betrieben werden und in dem getakteten Betrieb der Versorgung der Traktionsmaschine mit elektrischer Energie dienen.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennstoffzellenanordnung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Brennstoffzellenanordnung eine Brennstoffzelle zur Bereitstellung von elektrischem Strom in einem Stromkreis, wenigstens ein Brennstoffzellennebenaggregat, den über einen Gleichspannungswandler elektrisch an die Brennstoffzelle angeschlossenen Stromkreis und eine Batterie aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die Brennstoffzellenanordnung dazu ausgebildet ist, zur Inbetriebnahme der Brennstoffzelle die Batterie elektrisch mit dem Stromkreis zu verbinden und das Brennstoffzellennebenaggregat mit der Batterie entnommener elektrischer Energie zu betreiben, wobei nach der Inbetriebnahme in wenigstens einer Betriebsart der Brennstoffzellenanordnung die Batterie elektrisch von dem Stromkreis getrennt und der Gleichspannungswandler ungetaktet betrieben wird.
  • Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise einer derartigen Ausgestaltung der Brennstoffzellenanordnung wurde bereits eingegangen. Sowohl die Brennstoffzellenanordnung als auch das Verfahren zu ihrem Betrieb können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
    • Figur eine schematische Darstellung einer Brennstoffzellenanordnung.
  • Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Brennstoffzellenanordnung 1, beispielsweise als Bestandteil einer Antriebseinrichtung 2 eines hier lediglich angedeuteten Kraftfahrzeugs 3. Die Antriebseinrichtung 2 verfügt über eine Traktionsmaschine 4, die zur Bereitstellung eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs 3 gerichteten Antriebsdrehmoments mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist. Die elektrische Energie wird hierbei mittels der Brennstoffzellenanordnung 1 bereitgestellt.
  • Die Brennstoffzellenanordnung 1 verfügt über eine Brennstoffzelle 5, die zur Bereitstellung von elektrischer Energie in einem Stromkreis 6 dient. Die Brennstoffzelle 5 ist über einen Gleichspannungswandler 7 an den Stromkreis 6 angeschlossen. Der Gleichspannungswandler 7 weist wenigstens einen Leistungsschalter 8, einen eingangsseitigen Kondensator 9, einen ausgangsseitigen Kondensator 10 sowie eine Diode 11 auf. Die Diode 11 weist ihre Durchlassrichtung von der Brennstoffzelle 5 in Richtung des Stromkreises 6 auf. An den Stromkreis 6 ist zudem eine Batterie 12 angeschlossen, nämlich über einen oder mehrere Schalteinrichtungen 13. Mittels der Schalteinrichtung 13 ist die Batterie 12 wahlweise von dem Stromkreis 6 wahlweise entkoppelt oder mit ihm elektrisch verbunden. Die Schalteinrichtung 13 kann zum Beispiel als Schaltschütz ausgestaltet sein.
  • Weiterhin ist die Traktionsmaschine 4 über einen Pulswechselrichter 14 an den Stromkreis 6 angeschlossen. Auch ist wenigstens ein Brennstoffzellennebenaggregat 15, also genau ein Brennstoffzellennebenaggregat 15 oder mehrere Brennstoffzellennebenaggregat 15, elektrisch mit dem Stromkreis 6 verbunden. Über eine Schnittstelle 16 kann zudem ein Wechselrichter 17 an den Stromkreis 6 angeschlossen sein, welcher der Bereitstellung elektrischer Energie, insbesondere in Form eines Wechselstroms, dient, beispielsweise für eine fahrzeugexterne Einrichtung, welche hier nicht dargestellt ist.
  • Es ist nun vorgesehen, zur Inbetriebnahme der Brennstoffzelle 5 zunächst die Batterie 12 elektrisch mit dem Stromkreis 6 zu verbinden, nämlich durch Schließen der Schalteinrichtung 13. Anschließend wird das Brennstoffzellennebenaggregat 15 betrieben, wobei die zum Betreiben des Brennstoffzellennebenaggregats 15 benötigte elektrische Energie der Batterie 12 entnommen wird. Nachfolgend wird die Brennstoffzelle 5 in Betrieb genommen. Ist dies erfolgt, also ein stationärer Betrieb der Brennstoffzelle 5 erzielt, so soll die Batterie 12 von dem Stromkreis 6 getrennt werden, nämlich durch Öffnen der Schalteinrichtung 13.
  • Zudem soll der Gleichspannungswandler 7 ungetaktet betrieben werden, der Leistungsschalter 8 also permanent geöffnet sein. Der Stromkreis 6 ist insoweit lediglich über die Diode 11 mit der Brennstoffzelle 5 elektrisch verbunden. Der Betrieb des Brennstoffzellennebenaggregats 15 wird nach dem Trennen der Batterie 12 von dem Stromkreis 6 allein mittels elektrischer Energie bewerkstelligt, die von der Brennstoffzelle 5 bereitgestellt wird. Dies gilt ebenso für den Betrieb des Wechselrichters 17 beziehungsweise der fahrzeugexternen Einrichtung.
  • Mit der beschriebenen Ausgestaltung der Brennstoffzellenanordnung 1 ist zum einen ein Betreiben der Traktionsmaschine 4 zur Durchführung eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 3 ohne weiteres möglich, wobei hier die Batterie 12 mit dem Stromkreis 6 elektrisch verbunden ist und die Brennstoffzelle 5 zur Bereitstellung von elektrischer Energie betrieben wird. In dieser Betriebsart wird der Gleichspannungswandler 7 getaktet betrieben, der Leistungsschalter 8 also periodisch geöffnet und geschlossen. Soll hingegen die Traktionsmaschine 4 nicht betrieben werden, so wird zur Erhöhung der Effizienz der Brennstoffzellenanordnung 1 die vorstehend beschriebene Vorgehensweise realisiert, also die Batterie 12 von dem Stromkreis 6 getrennt und der Gleichspannungswandler 7 ungetaktet betrieben. Auf diese Art und Weise kann der fahrzeugexterne Verbraucher über den Wechselrichter 17 auf besonders effiziente Art und Weise mit elektrischer Energie versorgt werden.
  • Insgesamt umfasst das Verfahren gemäß dieser Beschreibung mehrere Schritte. In einem ersten Schritt ist es vorgesehen, den Gleichspannungswandler 7 derart zu betreiben, dass der Batteriestrom der Batterie 12 kleiner wird als ein Schwellenwert, insbesondere gleich null ist. Ist dieser Zustand erreicht, wird die Batterie 12 von dem Stromkreis 6 getrennt, nämlich durch Öffnen der wenigstens einen Schalteinrichtung 13, im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels der mehreren Schalteinrichtungen 13.
  • Nach dem Trennen der Batterie 12 von dem Stromkreis 6 wird in einem zweiten Schritt die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 7 und mithin die Spannung in dem Stromkreis 6 über einen gewissen Zeitraum hinweg, vorzugsweise stetig, auf die Brennstoffzellenspannung eingestellt. In Abhängigkeit von der Leistung, die von dem Stromkreis 6 bereitgestellt werden muss, insbesondere zum Betreiben des wenigstens einen Brennstoffzellennebenaggregats 15 und/oder des fahrzeugexternen Verbrauchers, wird die Brennstoffzellenspannung hierbei von einer höheren Spannung, insbesondere der Leerlaufspannung der Brennstoffzelle 5, auf eine niedrigere Betriebsspannung absinken. Die Spannung in dem Stromkreis 6 wird bevorzugt mittels des Gleichspannungswandlers 7 dieser niedrigeren Spannung nachgeführt, insbesondere stetig. In anderen Worten ist bevorzugt ein Ausregeln der benötigten Leistung mittels des Gleichspannungswandlers 7 vorgesehen, insbesondere der von dem Brennstoffzellennebenaggregat 15 und/oder dem fahrzeugexternen Verbraucher benötigten Leistung. Hierbei wird der Gleichspannungswandler 7 getaktet betrieben.
  • Entspricht die Spannung in dem Stromkreis 6 der Brennstoffzellenspannung, so wird in einem dritten Schritt der Gleichspannungswandler 7 nachfolgend ungetaktet betrieben, sodass der effiziente Betrieb der Brennstoffzellenanordnung 1 umgesetzt ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007051362 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung (1), die eine Brennstoffzelle (5) zur Bereitstellung von elektrischer Energie in einem Stromkreis (6), wenigstens ein Brennstoffzellennebenaggregat (15), den über einen Gleichspannungswandler (7) elektrisch an die Brennstoffzelle (5) angeschlossenen Stromkreis (6) und eine Batterie (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Inbetriebnahme der Brennstoffzelle (5) die Batterie (12) elektrisch mit dem Stromkreis (6) verbunden und das Brennstoffzellennebenaggregat (15) mit der Batterie (12) entnommener elektrischer Energie betrieben wird, wobei nach der Inbetriebnahme in mindestens einer Betriebsart der Brennstoffzellenanordnung (1) die Batterie (12) elektrisch von dem Stromkreis (6) getrennt und der Gleichspannungswandler (7) ungetaktet betrieben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder bei der Inbetriebnahme der Gleichspannungswandler (7) derart betrieben wird, dass seine Ausgangsspannung einer Batteriespannung der Batterie (12) entspricht.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Inbetriebnahme der Gleichspannungswandler (7) derart betrieben wird, dass ein Batteriestrom der Batterie (12) kleiner als ein Schwellenwert ist, und anschließend die Batterie (12) von dem Stromkreis (6) getrennt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (7) nach der Inbetriebnahme zur Bereitstellung einer ersten Spannung und nach dem Trennen der Batterie (12) von dem Stromkreis (6) zur Bereitstellung einer von der ersten Spannung verschiedenen zweiten Spannung in dem Stromkreis (6) betrieben wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (7) einen getaktet betreibbaren Leistungsschalter (8) aufweist, der zur Inbetriebnahme getaktet betrieben wird und nach dem Trennen der Batterie (12) von dem Stromkreis (6) offen ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des ungetakteten Betriebs des Gleichspannungswandlers (7) die Brennstoffzelle (5) über eine Diode (11) des Gleichspannungswandlers (7) mit dem Stromkreis (6) verbunden wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der wenigstens einen Betriebsart mittels eines an den Stromkreis (6) angeschlossenen Wechselrichters (17) elektrische Energie bereitgestellt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer von der Betriebsart verschiedenen weiteren Betriebsart der Brennstoffzellenanordnung (1) die Batterie (12) elektrisch mit dem Stromkreis (6) verbunden ist und der Gleichspannungswandler (7) getaktet betrieben wird, wobei von der Brennstoffzelle (5) und/oder der Batterie (12) bereitgestellte elektrische Energie zum Betreiben einer Traktionsmaschine (4) verwendet wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionsmaschine (4) über einen Pulswechselrichter (14) mit elektrischer Energie aus dem Stromkreis (6) versorgt wird.
  10. Brennstoffzellenanordnung (1), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennstoffzellenanordnung (1) eine Brennstoffzelle (5) zur Bereitstellung von elektrischer Energie in einem Stromkreis (6), wenigstens ein Brennstoffzellennebenaggregat (15), den über einen Gleichspannungswandler (7) elektrisch an die Brennstoffzelle (5) angeschlossenen Stromkreis (6) und eine Batterie (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenanordnung (1) dazu ausgebildet ist, zur Inbetriebnahme der Brennstoffzelle (5) die Batterie (12) elektrisch mit dem Stromkreis (6) zu verbinden und das Brennstoffzellennebenaggregat (15) mit der Batterie (12) entnommener elektrischer Energie zu betreiben, wobei nach der Inbetriebnahme in wenigstens einer Betriebsart der Brennstoffzellenanordnung (1) die Batterie (12) elektrisch von dem Stromkreis (6) getrennt und der Gleichspannungswandler (7) ungetaktet betrieben wird.
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