DE102019132088A1 - Fuel cell system, method for operating a fuel cell system, vehicle, air conditioning system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") zum Bereitstellen einer Leistungsabgabe (PO), aufweisend:- eine Brennstoffzelle (100) zum Erzeugen einer Energiemenge (E, EE, EM, ET) für die Leistungsabgabe (PO) und- einen Energiespeicher (300) zum Speichern der Energiemenge (E, EE, ET),- eine Steuereinrichtung (400, 400', 400"), die ausgebildet ist in einem Betrieb zum Steuern der Brennstoffzelle (100), wobei eine Leistungsvorgabe (LV) für die Brennstoffzelle (100) zum Steuern der Leistungsabgabe (PO) vorgegeben wird, wobei- der Brennstoffzelle (100) ein Wirkungsgrad (WG) in Abhängigkeit einer Brennstoffzellen-Leistung (PB) zugeordnet ist.Erfindungsgemäß ist bei dem Brennstoffzellensystem vorgesehen, dass- für einen wirkungsgrad-verbesserten Betrieb die Leistungsvorgabe (LV) abhängig vom Ladezustand (LZ) des Energiespeichers (300) erfolgt.The invention relates to a fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") for providing a power output (PO), comprising: a fuel cell (100) for generating an amount of energy (E, EE, EM, ET) for the power output (PO) and - an energy store (300) for storing the amount of energy (E, EE, ET), - a control device (400, 400 ', 400 ") which is designed in an operation to control the fuel cell (100), with a power specification (LV ) is specified for the fuel cell (100) for controlling the power output (PO), the fuel cell (100) being assigned an efficiency (WG) as a function of a fuel cell power (PB). According to the invention, it is provided in the fuel cell system that- for an efficiency-improved operation, the power specification (LV) is dependent on the state of charge (LZ) of the energy store (300).

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a fuel cell system according to the preamble of claim 1.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 17 sowie ein Fahrzeug und ein Klimasystem.The invention also relates to a method according to claim 17 and to a vehicle and an air conditioning system.

Brennstoffzellen sind allgemein bekannt. Mittels einer Brennstoffzelle - oder insbesondere mehrerer Brennstoffzellen in Form eines Brennstoffzellenstapels - kann aus der chemischen Reaktionsenergie eines Brennstoffes und eines Oxidationsmittels elektrische Energie und/oder Wärme erzeugt werden. Brennstoffzellen finden zahlreiche Anwendungen, insbesondere in Fahrzeugantrieben oder in Heizungen.Fuel cells are well known. By means of a fuel cell - or in particular a plurality of fuel cells in the form of a fuel cell stack - electrical energy and / or heat can be generated from the chemical reaction energy of a fuel and an oxidizing agent. Fuel cells are used in numerous applications, particularly in vehicle drives or in heating systems.

EP 2 491 612 B1 beschreibt ein Verfahren zum Verwalten eines Ladezustands einer Batterie in einem hybriden Stromversorgungsnetz mit einer Brennstoffzelle. Das beschriebene Verfahren zielt insbesondere darauf ab, den Ladezustand einer Batterie mittels einer Brennstoffzelle auf einem vorgegebenen Niveau zu halten. EP 2 491 612 B1 describes a method for managing a state of charge of a battery in a hybrid power supply network with a fuel cell. The method described aims in particular at keeping the state of charge of a battery at a predetermined level by means of a fuel cell.

Problematisch bei einem derartigen Ansatz ist jedoch, dass zwar ein für die Batterie optimaler Zustand erreicht wird, jedoch der Zustand und die Effizienz der Brennstoffzelle oder des Brennstoffzellenstapels nicht berücksichtigt wird.The problem with such an approach, however, is that, although an optimal state for the battery is achieved, the state and the efficiency of the fuel cell or the fuel cell stack are not taken into account.

An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, die Effizienz eines Brennstoffzellensystems zu erhöhen und den Zustand der Brennstoffzelle zu schonen, insbesondere deren Verschleiß zu vermindern.This is where the invention comes in, the task of which is to increase the efficiency of a fuel cell system and to protect the condition of the fuel cell, in particular to reduce its wear and tear.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung mit einem Brennstoffzellensystem des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffzellensystem, zum Bereitstellen einer Leistungsabgabe, aufweisend:

  • - eine Brennstoffzelle zum Erzeugen einer Energiemenge für die Leistungsabgabe und
  • - einen Energiespeicher zum Speichern der Energiemenge,
  • - eine Steuereinrichtung, die ausgebildet ist in einem Betrieb zum Steuern der Brennstoffzelle, wobei eine Leistungsvorgabe für die Brennstoffzelle zum Steuern der Leistungsabgabe vorgegeben wird, wobei
  • - der Brennstoffzelle ein Wirkungsgrad in Abhängigkeit einer Brennstoffzellen-Leistung zugeordnet ist.
The object is achieved by the invention with a fuel cell system of claim 1. The invention is based on a fuel cell system for providing a power output, having:
  • - A fuel cell for generating an amount of energy for the power output and
  • - an energy store for storing the amount of energy,
  • - A control device which is designed in an operation to control the fuel cell, wherein a power specification for the fuel cell for controlling the power output is specified, wherein
  • - The fuel cell is assigned an efficiency as a function of a fuel cell output.

Erfindungsgemäß ist bei dem Brennstoffzellensystem vorgesehen, dass

  • - für einen wirkungsgrad-verbesserten Betrieb die Leistungsvorgabe abhängig vom Ladezustand des Energiespeichers erfolgt.
According to the invention it is provided in the fuel cell system that
  • - For an efficiency-improved operation, the power specification is made depending on the state of charge of the energy store.

Der Brennstoffzelle ist ein Wirkungsgrad in Abhängigkeit einer Brennstoffzellen-Leistung zugeordnet, insbesondere in Form einer relativen Nominalleistung der Brennstoffzelle, insbesondere als eine in der Steuereinrichtung hinterlegte Wirkungsgradkennlinie.The fuel cell is assigned an efficiency as a function of a fuel cell output, in particular in the form of a relative nominal output of the fuel cell, in particular as an efficiency characteristic stored in the control device.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es grundsätzlich vorteilhaft ist, in einem Brennstoffzellensystem einen Energiespeicher zum Speichern einer von der Brennstoffzelle erzeugten Energiemenge vorzusehen. Insbesondere kann dieser Energiespeicher ausgebildet sein, die von der Brennstoffzelle erzeugte Energie zu speichern und einem Verbraucher und/oder thermischen Abnehmer, insbesondere einem elektrischen Verbraucher, selektiv zur Verfügung zu stellen. Das heißt, dass von der Brennstoffzelle erzeugte Energie in dem Energiespeicher zwischengespeichert werden kann, und bei Bedarf an einen Verbraucher und/oder thermischen Abnehmer abgegeben werden kann. Bevorzugt wird das Brennstoffzellensystem als System in Kombination mit dem Verbraucher und/oder thermischen Abnehmer betrieben. Der Energiespeicher ist insofern energieabgabeseitig der Brennstoffzelle zur Aufnahme von von der Brennstoffzelle abzugebender bzw. abgegebener Energie, insbesondere elektrischer Energie und/oder Abwärme, angeordnet.The invention is based on the consideration that it is fundamentally advantageous to provide an energy store in a fuel cell system for storing an amount of energy generated by the fuel cell. In particular, this energy store can be designed to store the energy generated by the fuel cell and to make it selectively available to a consumer and / or thermal consumer, in particular an electrical consumer. This means that energy generated by the fuel cell can be temporarily stored in the energy store and, if required, can be delivered to a consumer and / or thermal consumer. The fuel cell system is preferably operated as a system in combination with the consumer and / or thermal consumer. In this respect, the energy store is arranged on the energy output side of the fuel cell for receiving energy to be output or output by the fuel cell, in particular electrical energy and / or waste heat.

Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, dass - sofern ein solcher Energiespeicher vorhanden ist - eine zeitliche Entkopplung der Erzeugung von Energie von dem Verbrauch von Energie ermöglicht wird. Durch diese zeitliche Flexibilität kann vorteilhaft der Zustand und die Effizienz der Brennstoffzelle bei der Gesamtsteuerung des Brennstoffzellensystems berücksichtigt werden.The invention includes the knowledge that - if such an energy store is available - a temporal decoupling of the generation of energy from the consumption of energy is made possible. Due to this flexibility in time, the state and the efficiency of the fuel cell can advantageously be taken into account in the overall control of the fuel cell system.

Die Erfindung hat erkannt, dass es hinsichtlich der Effizienz der Brennstoffzelle vorteilhaft ist, beim Bestimmen einer Leistungsvorgabe für die Brennstoffzelle den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle zu berücksichtigen, der von einer Brennstoffzellen-Leistung abhängt. Diese Berücksichtigung ist in der Form, dass in einem wirkungsgrad-verbesserten Betrieb die Leistungsvorgabe eine herabgesetzte Brennstoffzellen-Leistung vorgibt. Durch eine herabgesetzte Brennstoffzellen-Leistung wird die Brennstoffzelle vorteilhaft in einem erhöhten Wirkungsgrad betrieben.The invention has recognized that, with regard to the efficiency of the fuel cell, it is advantageous to take into account the efficiency of the fuel cell, which depends on a fuel cell output, when determining a power specification for the fuel cell. This consideration is in the form that in an efficiency-improved operation, the output specification specifies a reduced fuel cell output. As a result of a reduced fuel cell output, the fuel cell is advantageously operated with an increased degree of efficiency.

Der Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle --und insbesondere eines Brennstoffzellenstapels-weist nämlich einen Verlauf über ihre Brennstoffzellen-Leistung auf, der bei einer geringen Brennstoffzellen-Leistung - insbesondere einem Betrag von einem Zehntel der Brennstoffzellen-Leistung - sein Maximum aufweist. Das heißt, dass eine Brennstoffzelle bei einer derartigen, relativ geringen Brennstoffzellen-Leistung am effektivsten arbeitet, also mit einem relativ geringen Brennstoffeinsatz eine relativ hohe Leistung erzeugt. Für höhere Werte der Brennstoffzellen-Leistung fällt der Wirkungsgrad in der Regel ab, weshalb es hinsichtlich des Wirkungsgrades generell vorteilhaft ist, durch Vorgabe einer entsprechenden Brennstoffzellen-Leistung einen Betriebspunkt zu wählen, welcher möglichst nah an dem wirkungsgradoptimierten Betriebspunkt liegt, das heißt an der Brennstoffzellen-Leistung, an der ein maximaler Wirkungsgrad erreicht wird.The efficiency of a fuel cell - and in particular a fuel cell stack - has a course over its Fuel cell power, which at a low fuel cell power - in particular an amount of a tenth of the fuel cell power - has its maximum. This means that a fuel cell works most effectively with such a relatively low fuel cell output, that is to say generates a relatively high output with a relatively low fuel consumption. For higher values of the fuel cell power, the efficiency usually drops, which is why it is generally advantageous with regard to the efficiency to select an operating point by specifying a corresponding fuel cell power which is as close as possible to the efficiency-optimized operating point, i.e. the fuel cell -Power at which maximum efficiency is achieved.

Die Erfindung hat in diesem Zusammenhang erkannt, dass es in einem Brennstoffzellensystems mit einem Energiespeicher vorteilhaft möglich ist, die Brennstoffzelle im wirkungsgrad-verbesserten Betrieb zu betreiben, wenn man die Leistungsvorgabe entsprechend bestimmt und zwar dies unter Berücksichtigung des Ladezustands des Energiespeichers, weil auf diese Weise eine gegebenenfalls geringere Brennstoffzellen-Leistung beim Bereitstellen der Leistungsabgabe durch eine im Energiespeicher gespeicherte Energiemenge kompensiert werden kann.In this context, the invention has recognized that it is advantageously possible in a fuel cell system with an energy store to operate the fuel cell in efficiency-improved operation if the output specification is determined accordingly, taking into account the state of charge of the energy store, because in this way a possibly lower fuel cell power when providing the power output can be compensated for by an amount of energy stored in the energy store.

Ein derartiges Brennstoffzellensystem nutzt den durch einen Energiespeicher geschaffenen Spielraum, um die Brennstoffzelle bei einer geringeren Brennstoffzellen-Leistung, jedoch einem höheren Wirkungsgrad zu betreiben; also in einem wirkungsgrad-verbesserten Betrieb.Such a fuel cell system uses the leeway created by an energy store to operate the fuel cell with a lower fuel cell output, but with a higher degree of efficiency; in other words, in an efficiency-improved operation.

Ein wirkungsgradoptimaler Betrieb mit maximalem Wirkungsgrad der Brennstoffzelle entspricht einem Sonderfall des wirkungsgrad-verbesserten Betriebs. Ein wirkungsgrad-verbesserter Betrieb ist ein Betrieb der Brennstoffzelle, der - vor dem Hintergrund des benötigten Energiebedarfs und des aktuellen Ladezustands des Energiespeichers - dem wirkungsgradoptimalen Betrieb am nächsten kommt, also den unter diesen Umständen höchstmöglichen Wirkungsgrad darstellt. Durch den wirkungsgrad-verbesserten Betrieb mit einer herabgesetzten Brennstoffzellen-Leistung kann also vorteilhaft der jeweils für einen konkreten Anwendungsfall bestmögliche Wirkungsgrad der Brennstoffzelle erreicht werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft in dem Fall, in dem der Ladezustand nicht mehr für einen wirkungsgradoptimalen Betrieb zum Erreichen eines Zielzustands ausreicht, weil die Brennstoffzellen-Leistung im wirkungsgradoptimalen Betrieb in diesem Fall zu gering wäre.Efficiency-optimized operation with maximum efficiency of the fuel cell corresponds to a special case of efficiency-improved operation. An efficiency-improved operation is an operation of the fuel cell that - against the background of the required energy requirement and the current state of charge of the energy storage device - comes closest to the efficiency-optimized operation, i.e. represents the highest possible efficiency under these circumstances. As a result of the efficiency-improved operation with a reduced fuel cell output, the best possible efficiency of the fuel cell for a specific application can advantageously be achieved in each case. This is particularly advantageous in the case in which the state of charge is no longer sufficient for optimum efficiency to achieve a target state because the fuel cell output in optimum efficiency would be too low in this case.

Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe auch auf ein Verfahren des Anspruchs 17. Das Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems, weist auf:

  • - eine Brennstoffzelle zum Erzeugen einer Energiemenge für die Leistungsabgabe und
  • einen Energiespeicher zum Speichern der Energiemenge,
  • - eine Steuereinrichtung, die ausgebildet ist in einem Betrieb zum Steuern der Brennstoffzelle, wobei
  • - der Brennstoffzelle ein Wirkungsgrad in Abhängigkeit einer Brennstoffzellen-Leistung zugeordnet ist, und das Verfahren den Schritt aufweist:
  • - Vorgeben einer Leistungsvorgabe für die Brennstoffzelle zum Steuern der Leistungsabgabe.
In order to achieve the object, the invention also leads to a method of claim 17. The method for operating a fuel cell system has:
  • - A fuel cell for generating an amount of energy for the power output and
  • an energy store for storing the amount of energy,
  • - A control device which is designed in an operation for controlling the fuel cell, wherein
  • - The fuel cell is assigned an efficiency as a function of a fuel cell output, and the method has the step:
  • - Specifying a power specification for the fuel cell for controlling the power output.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass

  • - für einen wirkungsgrad-verbesserten Betrieb die Leistungsvorgabe abhängig vom Ladezustand des Energiespeichers erfolgt.
In the method according to the invention it is provided that
  • - For an efficiency-improved operation, the power specification is made depending on the state of charge of the energy store.

Beim Durchführen des Verfahrens werden die zuvor beschriebenen Vorteile des Brennstoffzellensystems entsprechend genutzt.When carrying out the method, the advantages of the fuel cell system described above are used accordingly.

Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe auch auf ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem gemäß dem Konzept der Erfindung.The invention also leads to the solution of the object in a vehicle with a fuel cell system according to the concept of the invention.

Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe auch auf ein Klimasystem mit einem Brennstoffzellensystem gemäß dem Konzept der Erfindung und einem thermischen Abnehmer. Bei dem Klimasystem stellt das Brennstoffzellensystem insbesondere eine thermische Leistungsabgabe für den thermischen Abnehmer bereit zur Nutzung in einer Heiz- und/oder Kühl anwendung.In order to achieve the object, the invention also leads to an air conditioning system with a fuel cell system according to the concept of the invention and a thermal consumer. In the air conditioning system, the fuel cell system provides in particular a thermal power output for the thermal consumer for use in a heating and / or cooling application.

Bei dem Fahrzeug und bei dem Klimasystem werden die Vorteile des Brennstoffzellensystems entsprechend genutzt.In the vehicle and in the air conditioning system, the advantages of the fuel cell system are used accordingly.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.Advantageous further developments of the invention can be found in the subclaims and indicate in detail advantageous possibilities for realizing the concept explained above within the scope of the task and with regard to further advantages.

Unter dem Begriff Wirkungsgrad ist insbesondere die Effizienz zu verstehen, mit der die Eingangsprodukte einer Brennstoffzelle, insbesondere Sauerstoff und Wasserstoff, in Energie umgewandelt werden. Bei einem Einsatz des Brennstoffzellensystems mit einem elektrischen Verbraucher bezieht sich der Wirkungsgrad also auf die erzeugte elektrische Energie. Insbesondere sind im Rahmen einer Weiterbildung für die Steuereinrichtung Wertangaben zum Wirkungsgrad, insbesondere als eine Kennlinie, in Abhängigkeit der Brennstoffzellen-Leistung bereitgestellt.The term efficiency is to be understood in particular as the efficiency with which the input products of a fuel cell, in particular oxygen and hydrogen, are converted into energy. When the fuel cell system is used with an electrical consumer, the efficiency therefore relates to the electrical energy generated. In particular, in the context of a further development for the control device, values relating to the degree of efficiency, in particular as a characteristic curve, are shown in Dependence of the fuel cell power provided.

Vorteilhaft ist vorgesehen, dass für den wirkungsgrad-verbesserten Betrieb die Leistungsvorgabe gemäß der Wertangaben, insbesondere die Leistungsvorgabe eine gegenüber der vollen (100%) relativen Nominalleistung (PREL) oder aktuellen (<100% PREL) Leistung herabgesetzte Brennstoffzellen-Leistung derart vorgibt, dass der Wirkungsgrad gemäß der Wertangaben erhöht ist gegenüber dem Wirkungsgrad bei Nominalleistung oder dem aktuellen Wirkungsgrad.It is advantageously provided that, for the efficiency-improved operation, the output specification according to the value specifications, in particular the output specification, is a relative nominal output compared to the full (100%) PREL ) or current (<100% PREL ) Power specifies reduced fuel cell power in such a way that the efficiency according to the value data is increased compared to the efficiency at nominal power or the current efficiency.

Das Herabsetzen der Brennstoffzellen-Leistung bezieht sich insbesondere auf eine Ausgangs-Brennstoffzellen-Leistung, insbesondere auf eine gemäß dem Stand der Technik im Betrieb normale Brennstoffzellen-Leistung, nämlich derjenigen, die sich lediglich ergibt, um zusammen mit der vom Energiespeicher bereitgestellten Leistung - ohne Berücksichtigung eines Wirkungsgrads - eine Leistungsabgabe bereitzustellen.The reduction in the fuel cell output relates in particular to an output fuel cell output, in particular to a fuel cell output that is normal in operation according to the prior art, namely that which only results in order to - together with the output provided by the energy store - without Consideration of an efficiency - to provide a power output.

Vorteilhaft ist vorgesehen, dass ein Anpassbetrag der herabgesetzten Brennstoffzellen-Leistung abhängig vom Ladezustand des Energiespeichers ist. Zur Berücksichtigung der Kompensation der ausbleibenden Brennstoffzellen-Leistung durch den Energiespeicher wird vorteilhaft ein Anpassbetrag eingeführt als Maß für das Herabsetzen der Brennstoffzellen-Leistung um einen Betrag, der vom Ladezustand des Energiespeichers gedeckt ist. Wenn der Energiespeicher relativ vollständig geladen ist und somit einen hohen Ladezustand aufweist, kann ein relativ großer Anteil zum Bereitstellen der Leistungsabgabe aus dem Energiespeicher entnommen werden und der durch die Brennstoffzellen-Leistung der Brennstoffzelle bereitgestellte Anteil kann entsprechend geringer ausfallen, wodurch ein größerer Spielraum entsteht, die Brennstoffzellen-Leistung zugunsten eines höheren Wirkungsgrades herabzusetzen; insbesondere anhand eines Verlaufs des Wirkungsgrades zur Brennstoffzellen-Leistung. Dieser Spielraum wird durch den Anpassbetrag definiert - ein anschauliches nicht einschränkendes Beispiel dazu ist anhand einer bevorzugten Ausführungsform der 7 erläutert, die dazu den Verlauf des Wirkungsgrades zeigt.It is advantageously provided that an adjustment amount for the reduced fuel cell power is dependent on the state of charge of the energy store. To take into account the compensation for the lack of fuel cell power by the energy store, an adjustment amount is advantageously introduced as a measure for the reduction in the fuel cell power by an amount that is covered by the state of charge of the energy store. If the energy store is relatively fully charged and thus has a high state of charge, a relatively large proportion can be taken from the energy store to provide the power output and the proportion provided by the fuel cell power of the fuel cell can be correspondingly lower, which creates a greater margin, reduce fuel cell performance in favor of higher efficiency; in particular on the basis of a curve of the efficiency in relation to fuel cell performance. This leeway is defined by the adjustment amount - an illustrative, non-restrictive example is based on a preferred embodiment of FIG 7th explained, which shows the course of the efficiency.

Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Leistungsvorgabe für den wirkungsgrad-verbesserten Betrieb bestimmt wird, wenn der Ladezustand des Energiespeichers oberhalb eines unteren Ladezustands und/oder unterhalb eines oberen Ladezustands liegt. In einer derartigen Weiterbildung wird vorteilhaft sichergestellt, dass das Brennstoffzellen-System nur dann in einem wirkungsgrad-verbesserten Betrieb betrieben wird, wenn der Ladezustand des Energiespeichers dies in technisch sinnvoller Weise zulässt. Falls der Ladezustand dies nicht zulässt, wird vorteilhaft entsprechend reagiert.In the context of a further development, it is provided that the output specification for the efficiency-improved operation is determined when the charge state of the energy store is above a lower state of charge and / or below an upper state of charge. In a development of this type, it is advantageously ensured that the fuel cell system is only operated in an efficiency-improved mode if the state of charge of the energy store allows this in a technically meaningful manner. If the state of charge does not allow this, it is advantageous to react accordingly.

Ein Reagieren kann darin liegen, dass falls der Ladezustand des Energiespeichers einen unteren Ladezustand unterschreiten sollte, die Steuereinrichtung entsprechend reagiert und beispielsweise die Leistungsvorgabe derart einstellt, dass die Brennstoffzellen-Leistung die gesamte Leistungsabgabe bereitstellt, ohne auf den Energiespeicher zurückzugreifen. In einen solchen Fall erfolgt insbesondere kein Herabsetzen der nicht der Brennstoffzellen-Leistung zum Erreichen eines verbesserten Wirkungsgrads.One reaction can be that, if the charge state of the energy store falls below a lower charge state, the control device reacts accordingly and, for example, sets the power specification in such a way that the fuel cell output provides the entire power output without resorting to the energy store. In such a case, there is in particular no reduction in the non-fuel cell output in order to achieve an improved degree of efficiency.

Ein Reagieren kann weiter darin liegen, dass wenn der Ladezustand oberhalb eines oberen Ladezustands ist, die Brennstoffzelle mittels der Leistungsvorgabe, insbesondere unabhängig von der Leistungsanforderung, in einem reduzierten Betriebspunkt betrieben wird, insbesondere teilweise oder vollständig gedrosselt wird. Dies kann konkret beinhalten, dass wenn durch die Steuereinrichtung festgestellt wird, dass der Energiespeicher einen oberen Ladezustand erreicht hat, die Steuereinrichtung die Leistung der Brennstoffzelle reduziert, insbesondere die Brennstoffzelle vollständig abstellt. Somit wird erreicht, dass in dem Fall, wenn sich der Ladezustand oberhalb des oberen Ladezustands, aber noch unterhalb eines - möglicherweise für den Energiespeicher schädlichen - maximalen Ladezustands befindet, der Betrieb der Brennstoffzelle reduziert oder vollständig gedrosselt wird. „Vollständig gedrosselt“ bedeutet in dem Fall, das heißt die Brennstoffzelle abgestellt oder die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle praktisch auf ein Nullniveau reduziert wird. Auf diese Weise wird eine Beschädigung des Energiespeichers, insbesondere einer Batterie, durch Überladung bzw. Überhitzung, vorteilhaft verhindert.A reaction can also be that, if the state of charge is above an upper state of charge, the fuel cell is operated at a reduced operating point, in particular partially or completely, by means of the power specification, in particular independently of the power requirement. Specifically, this can include that when it is determined by the control device that the energy store has reached an upper state of charge, the control device reduces the power of the fuel cell, in particular shuts off the fuel cell completely. It is thus achieved that in the event that the state of charge is above the upper state of charge but still below a maximum state of charge - possibly harmful to the energy store - the operation of the fuel cell is reduced or completely throttled. “Completely throttled” in this case means that the fuel cell is switched off or the output power of the fuel cell is reduced to practically zero. In this way, damage to the energy store, in particular a battery, due to overcharging or overheating is advantageously prevented.

Auch kann die Steuereinrichtung die Brennstoffzelle insbesondere in einem dritten Betriebsmodus in einen Regenerations-Betrieb schalten, in dem die momentane Leistungsanforderung erfüllt wird und darüber hinaus der Energiespeicher wieder aufgeladen wird.The control device can also switch the fuel cell to a regeneration mode, in particular in a third operating mode, in which the current power requirement is met and, moreover, the energy store is recharged.

Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung in dem Betrieb ausgebildet ist, eine Leistungsanforderung anzunehmen. In einer solchen Weiterbildung kann mittels einer Leistungsanforderung ein Sollwert für eine Leistungsabgabe des Brennstoffzellensystems vorgegeben werden. In einer derartigen Weiterbildung kann das Konzept der Erfindung vorteilhaft genutzt werden: Sollte aufgrund einer hohen Leistungsanforderung, beispielsweise weil der Fahrer eines Fahrzeugs mit einem Brennstoffzellensystem dieser Weiterbildung gerade beschleunigen möchte, ein kurzfristiger Bedarf an einer hohen Leistungsabgabe bestehen, kann dieser im Regelfall in dem Brennstoffzellensystem durch eine im Energiespeicher gespeicherten Energiemenge abgedeckt werden, insbesondere ohne dass die Brennstoffzelle den wirkungsgrad-verbesserten Betrieb verlassen muss.As part of a further development, it is provided that the control device is designed in the company to accept a performance request. In such a development, a target value for a power output of the fuel cell system can be specified by means of a power request. In such a further development, the concept of the invention can be used advantageously: If there is a short-term need for a high power output due to a high power requirement, for example because the driver of a vehicle with a fuel cell system of this further development is about to accelerate, this can generally be covered in the fuel cell system by an amount of energy stored in the energy store, in particular without the fuel cell having to leave the efficiency-improved operation.

Ebenso ermöglicht eine derartige Weiterbildung in Zeiträumen, in denen seitens des Verbrauchers kein Bedarf an Energie besteht, ein Aufladen des Energiespeichers, insbesondere in einem zweiten Betriebsmodus. Dieses Aufladen kann besonders vorteilhaft erfolgen, indem die Brennstoffzelle in dem wirkungsgrad-verbesserten Betrieb betrieben wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil bei vielen von Brennstoffzellen versorgten Systemen, insbesondere Fahrzeugen, mitunter lange Stillstands- oder Pausenzeiträume auftreten, in denen ein Aufladen des Energiespeichers durch eine - im wirkungsgrad-verbesserten Betrieb unter herabgesetzter Brennstoffzellen-Leistung betriebene - Brennstoffzelle aufgrund der zur Verfügung stehenden Zeit problemlos möglich ist.Such a development also enables the energy store to be charged, in particular in a second operating mode, in periods in which there is no need for energy on the part of the consumer. This charging can take place particularly advantageously in that the fuel cell is operated in the efficiency-improved mode. This is particularly advantageous because in many systems supplied by fuel cells, in particular vehicles, there are sometimes long periods of standstill or pause in which the energy storage device is charged by a fuel cell operated in efficiency-improved operation with reduced fuel cell power due to the availability of the fuel cell standing time is easily possible.

Auch kann in einer derartigen Weiterbildung mit einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem die Brennstoffzelle kontinuierlich, d. h. unabhängig von kurzfristig auftretenden und/oder kurzzeitig andauernden Leistungsanforderungen betrieben und somit ein häufiges Ein- und Ausschalten der Brennstoffzelle zu vermieden werden. Weil der Startvorgang einer Brennstoffzelle durch Prozesse wie den Spülvorgang und das Hochlaufen des zur Druckluftversorgung der Brennstoffzelle benötigten Turboladers relativ aufwendig ist, hat ein häufiges Ein- und Ausschalten der Brennstoffzelle einen erhöhten Verschleiß und somit ein vorzeitiges Altern der Brennstoffzelle und des Brennstoffzellensystems zur Folge.In such a development with a fuel cell system according to the invention, the fuel cell can also be continuously, i.e. H. operated independently of briefly occurring and / or briefly lasting power requirements and thus frequent switching on and off of the fuel cell can be avoided. Because the starting process of a fuel cell is relatively complex due to processes such as the flushing process and the startup of the turbocharger required to supply compressed air to the fuel cell, frequent switching on and off of the fuel cell results in increased wear and thus premature aging of the fuel cell and the fuel cell system.

Durch das - insbesondere kontinuierliche - Betreiben der Brenstoffzelle in einem wirkungsgrad-verbesserten Betrieb wird ein solches - vorwiegend durch kurzfristig auftretende und/oder kurzzeitig andauernde Leistungsanforderungen verursachtes - häufiges Ein- und Ausschalten vorteilhaft vermieden. Das System kann stattdessen länger in einem Betriebspunkt betrieben werden, in dem ein verbesserter, insbesondere maximaler Wirkungsgrad erreicht wird. Auf diese Weise kann vorteilhaft der Verschleiß der Brennstoffzelle und des Brennstoffzellensystems verringert und gleichzeitig die Effizienz der Brennstoffzelle erhöht werden.By operating the fuel cell - in particular continuously - in an efficiency-improved mode, frequent switching on and off, which is mainly caused by short-term and / or short-term power requirements, is advantageously avoided. Instead, the system can be operated for longer at an operating point at which an improved, in particular maximum, efficiency is achieved. In this way, the wear on the fuel cell and the fuel cell system can advantageously be reduced and, at the same time, the efficiency of the fuel cell can be increased.

Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Leistungsvorgabe für den wirkungsgrad-verbesserten Betrieb in Abhängigkeit eines Ladezustands des Energiespeichers derart erfolgt, dass die Leistungsabgabe der Leistungsanforderung entspricht. In einer derartigen Weiterbildung ist insbesondere die Steuereinrichtung vorteilhaft ausgebildet, eine dem Brennstoffzellensystem als Sollwert vorgegebene Leistungsanforderung im Sinne eines Regelkreises als Leistungsabgabe bereitzustellen.In the context of a further development, it is provided that the output specification for the efficiency-improved operation takes place as a function of a charge state of the energy store in such a way that the power output corresponds to the power requirement. In a development of this type, the control device in particular is advantageously designed to provide a power requirement specified for the fuel cell system as a setpoint value in the sense of a control loop as a power output.

Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Bestimmen der für den wirkungsgrad-verbesserten Betrieb derart erfolgt, dass sich die Leistungsanforderung aus der Leistungsvorgabe und dem Ladezustand des Energiespeichers ergibt.In the context of a further development, it is provided that the determination of the efficiency-improved operation takes place in such a way that the power requirement results from the power specification and the state of charge of the energy store.

Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Bestimmen der Leistungsvorgabe für den wirkungsgrad-verbesserten Betrieb derart erfolgt, dass sich eine zum Erreichen eines Zielzustands benötigte Ziel-Energiemenge für einen in der Zukunft liegenden Prognosezeitraum aus der Leistungsvorgabe und dem Ladezustand des Energiespeichers ergibt. Insbesondere ist die Ziel-Energiemenge eine kumulierte Leistungsanforderung (KLA), die die Gesamtheit eines in der Zukunft liegenden Prognosezeitraum kumulativ berücksichtigt und stellt somit das Integral der im Prognosezeitraum prognostizierten Leistungsanforderungen dar, d.h. das Integral der Sollwerte für die Leistungsabgabe.As part of a further development, it is provided that the determination of the output specification for the efficiency-improved operation takes place in such a way that a target amount of energy required to achieve a target state results for a forecast period in the future from the output specification and the state of charge of the energy store. In particular, the target amount of energy is a cumulative power requirement (KLA) that cumulatively takes into account the entirety of a forecast period in the future and thus represents the integral of the performance requirements forecast in the forecast period, i.e. the integral of the target values for the power output.

Dies kann konkret beinhalten, dass die Steuereinrichtung einen vorausschauenden Beobachter aufweist, der ausgebildet ist, auf Basis von vorhandenen Daten ausreichend genau eine Ziel-Energiemenge zu prognostizieren, die zum Erreichen des Zielzustands benötigt wird. Die Ziel-Energiemenge stellt somit einen Energiehorizont dar, der insbesondere bei sich ändernden Betriebs-, Umgebungs- oder dergleichen Randbedingungen durch Aktualisierung der Prognose angepasst werden kann.Specifically, this can include that the control device has a predictive observer who is designed to predict, on the basis of existing data, with sufficient accuracy a target amount of energy that is required to reach the target state. The target amount of energy thus represents an energy horizon which can be adapted by updating the prognosis, in particular in the case of changing operating, ambient or similar boundary conditions.

Insbesondere weist die Steuereinrichtung einen vorausschauenden Beobachter auf zum Ermitteln der bis zu einem Zielzustand, insbesondere einer Zielposition, benötigten Energiemenge.In particular, the control device has a predictive observer for determining the amount of energy required up to a target state, in particular a target position.

Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Bestimmen der Leistungsvorgabe derart erfolgt, dass die Ziel-Energiemenge in Abhängigkeit eines prognostizierten Leistungsprofils, insbesondere eines prognostizierten Fahrprofils, zu bestimmen. Ein prognostiziertes Leistungsprofil ist dabei eine für einen zukünftigen Zeitraum verlaufende Abschätzung der vom Verbraucher benötigten Leistungsabgabe, insbesondere der benötigten elektrischen oder thermischen Leistung. Je genauer die zeitliche Auflösung dieser Abschätzung und je mehr Daten zum Verbrauch berücksichtigt werden, insbesondere Ist-Daten, wie z.B. Positionsdaten, Zustandsdaten und Daten zu Umgebungseinflüssen, desto besser ist die Qualität der Prognose und somit die Abschätzung des zu erwartenden Energieverbrauchs in Form der Ziel-Energiemenge.In the context of a further development, it is provided that the specification of the power output is determined in such a way that the target amount of energy is determined as a function of a predicted power profile, in particular a predicted driving profile. A predicted power profile is an estimate of the power output required by the consumer, in particular the required electrical or thermal power, for a future period of time. The more precisely the temporal resolution of this estimate and the more data on consumption are taken into account, in particular actual data such as position data, status data and data on environmental influences, the better the quality of the prognosis and thus the estimate of the expected energy consumption in the form of the target -Energy amount.

Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Bestimmen der Leistungsvorgabe derart erfolgt, dass das prognostizierte Leistungsprofil auf Basis einer oder mehrerer Ist-Daten, insbesondere einer Ist-Position, und einem oder mehreren Soll-Daten, insbesondere einer oder mehrerer Soll-Positionen oder Segment-Soll-Positionen, berechnet wird.As part of a further development, it is provided that the determination of the performance specification takes place in such a way that the predicted performance profile is calculated on the basis of one or more actual data, in particular an actual position, and one or more target data, in particular one or more target positions or segment target positions.

Bei einem Brennstoffzellensystem, das in einem Fahrzeug eingesetzt wird, welches einen Antrieb aufweist, kann ein Ist-Datum beispielsweise eine von einem GPS-Sensor oder Navigationsgerät ermittelte Ist-Position sein. Soll-Daten können Soll-Positionsdaten, welche aus einer Soll-Route hervorgehen, sein. Der Zielzustand wird hierbei zum Beispiel durch eine Soll-Position als Ziel am Ende der Soll-Route gebildet. Aus diesen Ist-Daten und Soll-Daten kann eine Strecke berechnet werden, aus der die benötigte Energie zum Erreichen des Zielzustands abgeschätzt werden kann. Auch ist es vorteilhaft möglich, das prognostizierte Leistungsprofil in mehrere Profilsegmente aufzuteilen, und eine Prognose für jedes Segment durchzuführen. Bei einem Einsatz des Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug kann die Soll-Route in mehrere Soll-Routen-Segmente mit jeweils einem Segment-Zielzustand aufgeteilt werden, und für jedes Soll-Routen-Segment ein Segment-Zielzustand in Form einer Segment-Soll-Position bestimmt werden.In a fuel cell system that is used in a vehicle that has a drive, an actual date can be, for example, an actual position determined by a GPS sensor or navigation device. Target data can be target position data which arise from a target route. The target state is formed here, for example, by a target position as the target at the end of the target route. From these actual data and target data, a route can be calculated from which the energy required to reach the target state can be estimated. It is also advantageously possible to divide the forecasted performance profile into several profile segments and to carry out a forecast for each segment. When the fuel cell system is used in a vehicle, the target route can be divided into several target route segments, each with a segment target state, and a segment target state in the form of a segment target position can be determined for each target route segment become.

Je mehr Einflüsse auf den Energieverbrauch bei der Berechnung berücksichtigt werden, beispielsweise Höhenunterschiede, Wetterverhältnisse, Streckenbedingungen etc., desto besser kann die Ziel-Energiemenge abgeschätzt werden. Vorteilhaft ist es, um eventuelle Ungenauigkeiten bei den Abschätzungen der Bedingungen kompensieren zu können, eine bestimmte zusätzliche Energiemenge als Puffer einzuplanen. Auf diese Weise wird verhindert, dass das Brennstoffzellensystem aufgrund einer ungenauen Abschätzung vor Erreichen des Zielzustands beispielsweise den wirkungsgrad-verbesserten Betrieb verlassen muss, da der Ladezustand des Energiespeichers zu niedrig ist.The more influences on the energy consumption are taken into account in the calculation, for example height differences, weather conditions, route conditions, etc., the better the target amount of energy can be estimated. In order to be able to compensate for possible inaccuracies in the estimations of the conditions, it is advantageous to plan in a certain additional amount of energy as a buffer. In this way, it is prevented that the fuel cell system has to leave the efficiency-improved operation due to an imprecise estimate before reaching the target state, for example, since the state of charge of the energy store is too low.

Weiterhin können Profildaten berücksichtigt werden, welche beispielsweise Unterschiede zwischen verschiedenen Benutzern, beispielsweise Fahrern eines Fahrzeugs, oder verschiedenen Maschinentypen, beispielsweise verschiedenen Fahrzeugtypen, im Verbrauch berücksichtigen. Furthermore, profile data can be taken into account which, for example, take into account differences between different users, for example drivers of a vehicle, or different machine types, for example different vehicle types, in consumption.

Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Verbraucher ein elektrischer Antrieb und der Energiespeicher eine Batterie ist. Dies kann konkret beinhalten, dass das Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug eingesetzt wird, und dort die Steuereinrichtung die Brennstoffzelle gemäß dem Konzept der Erfindung in einem wirkungsgradoptimierten Betriebspunkt betreiben kann. Auf diese Weise kann die Brennstoffzelle vorteilhaft in einem verbesserten Wirkungsgrad elektrische Antriebsenergie erzeugen, welche in einem als Batterie ausgebildeten Energiespeicher zwischengespeichert und bedarfsgerecht einem Abgabeanschluss zur Leistungsabgabe zugeführt und einem oder mehreren elektrischen Antrieben des Fahrzeugs bereitgestellt werden kann. Auch können in einer derartigen Weiterbildung andere elektrische Verbraucher über das Brennstoffzellensystem versorgt werden.As part of a further development, it is provided that the consumer is an electric drive and the energy storage device is a battery. This can specifically include that the fuel cell system is used in a vehicle, and there the control device can operate the fuel cell according to the concept of the invention at an operating point that is optimized for efficiency. In this way, the fuel cell can advantageously generate electrical drive energy with improved efficiency, which can be temporarily stored in an energy store designed as a battery and fed to an output connection for power output as required and provided to one or more electrical drives of the vehicle. In such a development, other electrical loads can also be supplied via the fuel cell system.

Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem ausgebildet ist zum Bereitstellen einer thermischen Leistungsabgabe. Dies kann konkret beinhalten, dass die Brennstoffzelle thermische Energie in Form von Wärme erzeugt, insbesondere in Form von Abwärme bei der Erzeugung von elektrischer Energie.In the context of a further development it is provided that the fuel cell system is designed to provide a thermal power output. Specifically, this can mean that the fuel cell generates thermal energy in the form of heat, in particular in the form of waste heat when generating electrical energy.

Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, eine weitere Leistungsanforderung in Form einer thermischen Leistungsanforderung anzunehmen und die Leistungsvorgabe in Abhängigkeit der thermischen Leistungsanforderung zu bestimmen. Dies beinhaltet konkret, dass durch einen weiteren Sollwertgeber, beispielsweise in Form eines Thermostats, ein Sollwert für eine Temperatur vorgegeben wird, die in einem thermischen Abnehmer erreicht werden soll. Die Steuereinrichtung ist in dieser Weiterbildung ausgebildet, eine Leistungsvorgabe für die Brennstoffzelle vorzugeben, mittels welcher eine thermische Leistungsabgabe bereitgestellt wird, welche der thermischen Leistungsanforderung entspricht. Die Steuereinrichtung in dieser Weiterbildung kann ausgebildet sein, von beiden angenommenen Leistungsanforderungen, nämlich der ersten Leistungsanforderung und der zweiten thermischen Leistungsanforderung, eine vorrangig zu behandeln, je nachdem welche Energieform - elektrische oder thermische - vorrangig benötigt wird.Within the scope of a further development, it is provided that the control device is designed to accept a further power requirement in the form of a thermal power requirement and to determine the specified performance as a function of the thermal performance requirement. Specifically, this means that a further setpoint generator, for example in the form of a thermostat, specifies a setpoint for a temperature that is to be achieved in a thermal consumer. In this development, the control device is designed to specify a power specification for the fuel cell, by means of which a thermal power output is provided which corresponds to the thermal power requirement. The control device in this development can be designed to treat one of the two assumed performance requirements, namely the first performance requirement and the second thermal performance requirement, depending on which form of energy - electrical or thermal - is primarily required.

Die Erfindung wird durch einen als Wärmespeicher ausgebildeten Energiespeicher weitergebildet. In derartigen Weiterbildungen kann die Wärme in einem als Wärmespeicher, insbesondere als Warmwasserspeicher ausgebildeten Energiespeicher zwischengespeichert werden, und bedarfsgerecht einem Verbraucher, insbesondere einer Heizung, bereitgestellt werden.The invention is developed by an energy store designed as a heat store. In such developments, the heat can be temporarily stored in an energy store designed as a heat store, in particular as a hot water store, and can be provided to a consumer, in particular a heater, as required.

In Weiterbildungen mit einem als Wärmespeicher ausgebildeten Energiespeicher kann vorteilhaft das Konzept der Erfindung für thermische Energie umgesetzt werden derart, dass die Brennstoffzelle in einem maximalen thermischen Wirkungsgrad betrieben werden kann, und gegebenfalls auf eine im Wärmespeicher gespeicherte thermische Energiemenge zur Bereitstellung der thermischen Leistungsabgabe zurückgegriffen werden kann, damit die Brennstoffzelle seinen Betriebspunkt am maximalen thermischen Wirkungsgrad nicht verlassen muss.In further developments with an energy store designed as a heat store, the concept of the invention for thermal energy can advantageously be implemented in such a way that the fuel cell can be operated with maximum thermal efficiency and, if necessary, an amount of thermal energy stored in the heat store can be used to provide the thermal power output , so that Fuel cell does not have to leave its operating point at maximum thermal efficiency.

In Weiterbildungen des Brennstoffzellensystems, die in Systemen eingesetzt werden, die sowohl einen Verbraucher - insbesondere einen elektrischen Antrieb -und eine Batterie, als auch einen thermischen Abnehmer - insbesondere eine Heizung - und einen Wärmespeicher aufweisen, kann vorteilhaft in synergetischer Weise die Tatsache genutzt werden, dass eine Brennstoffzelle im Betrieb sowohl elektrische Energie als auch thermische Energie in Form von Wärme produziert. Somit kann, indem beide Energieformen genutzt werden, der Wirkungsgrad des gesamten Brennstoffzellensystems erhöht werden.In further developments of the fuel cell system that are used in systems that have both a consumer - in particular an electric drive - and a battery, as well as a thermal consumer - in particular a heater - and a heat store, the fact can advantageously be used in a synergetic manner that a fuel cell produces both electrical energy and thermal energy in the form of heat when in operation. Thus, by using both forms of energy, the efficiency of the entire fuel cell system can be increased.

Im Rahmen einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die Leistungsvorgabe bevorzugt in einem Bereich zwischen 5 % und 15 %, besonders bevorzugt bei 10 %, der Brennstoffzellen-Leistung vorzugeben. Der Wert von ca. 10 % der Brennstoffzellen-Leistung stellt eine Annäherung an das Wirkungsgradoptimum einer typischen Brennstoffzelle dar - das heißt die Brennstoffzellen-Leistung, bei der ein maximaler Wirkungsgrad vorliegt - und kann gegebenenfalls für verschiedene Brennstoffzellentypen abweichen.Within the scope of a further development, it is provided that the control device is designed to specify the output specification preferably in a range between 5% and 15%, particularly preferably at 10%, of the fuel cell output. The value of approx. 10% of the fuel cell output represents an approximation of the optimum efficiency of a typical fuel cell - i.e. the fuel cell output at which there is maximum efficiency - and may differ for different fuel cell types.

In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Leistungsvorgabe in Abhängigkeit der Leistungsanforderung bestimmt wird.In a further development of the method it is provided that the performance specification is determined as a function of the performance requirement.

In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine zum Erreichen eines Zielzustands benötigte Ziel-Energiemenge, insbesondere eine kumulierte Leistungsanforderung für einen in der Zukunft liegenden Prognosezeitraum erfüllt wird.In a further development of the method, it is provided that a target amount of energy required to achieve a target state, in particular an accumulated power requirement, is met for a forecast period in the future.

In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Ziel-Energiemenge in Abhängigkeit eines prognostizierten Leistungsprofils, insbesondere eines prognostizierten Fahrprofils, bestimmt wird.In a further development of the method it is provided that the target amount of energy is determined as a function of a predicted performance profile, in particular a predicted driving profile.

In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das prognostizierte Leistungsprofil auf Basis einer oder mehrerer Ist-Daten, insbesondere einer Ist-Position, und einem oder mehreren Soll-Daten, insbesondere einer oder mehrerer Soll-Positionen oder Segment-Soll-Positionen, berechnet wird.A further development of the method provides that the forecast performance profile is calculated on the basis of one or more actual data, in particular an actual position, and one or more target data, in particular one or more target positions or segment target positions becomes.

Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

  • 1 eine bevorzugte Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems gemäß dem Konzept der Erfindung,
  • 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems mit einem thermischen Abnehmer,
  • 3 eine weitere Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems mit Details eines thermischen Abnehmers,
  • 4 eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrensablaufs zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems gemäß dem Konzept der Erfindung,
  • 5 eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrensablaufs zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems zur Bestimmung einer Leistungsvorgabe für die Brennstoffzelle,
  • 6 eine detaillierte Ansicht einer Steuereinrichtung für eine bevorzugte Au sführungsform,
  • 7 eine bevorzugte Ausführungsform einer Wirkungsgrad-Kennlinie als ein schematischer Verlauf des Wirkungsgrads einer Brennstoffzelle aufgetragen über deren relativer Nominalleistung,
  • 8 ein schematisches Diagramm des zeitlichen Verlaufs des Ladezustands eines Energiespeichers in einem Brennstoffzellensystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,
  • 9 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem Brennstoffzellensystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
Embodiments of the invention will now be described below with reference to the drawing in comparison to the prior art, which is also shown in part. This is not necessarily intended to represent the embodiments to scale; rather, the drawing, where useful for explanation, is shown in a schematic and / or slightly distorted form. With regard to additions to the teachings that can be seen directly from the drawing, reference is made to the relevant prior art. It must be taken into account that various modifications and changes relating to the shape and detail of an embodiment can be made without deviating from the general idea of the invention. The features of the invention disclosed in the description, in the drawing and in the claims can be essential for the development of the invention both individually and in any combination. In addition, all combinations of at least two of the features disclosed in the description, the drawing and / or the claims fall within the scope of the invention. The general idea of the invention is not limited to the exact form or the detail of the preferred embodiment shown and described below or limited to an object which would be restricted in comparison to the object claimed in the claims. In the case of specified measurement ranges, values lying within the stated limits should also be disclosed as limit values and be able to be used and claimed as required. Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of the preferred embodiments and with reference to the drawing; this shows in:
  • 1 a preferred embodiment of a fuel cell system according to the concept of the invention,
  • 2 a preferred embodiment of a fuel cell system with a thermal consumer,
  • 3rd another embodiment of a fuel cell system with details of a thermal consumer,
  • 4th a preferred embodiment of a method sequence for operating a fuel cell system according to the concept of the invention,
  • 5 a further preferred embodiment of a method sequence for operating a fuel cell system for determining a power specification for the fuel cell,
  • 6th a detailed view of a control device for a preferred embodiment,
  • 7th a preferred embodiment of an efficiency characteristic curve as a schematic profile of the efficiency of a fuel cell plotted against its relative nominal power,
  • 8th a schematic diagram of the time course of the state of charge of a Energy storage in a fuel cell system according to a preferred embodiment,
  • 9 a schematic view of a vehicle with a fuel cell system according to a preferred embodiment.

Die in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen betreffen generell ein Brennstoffzellensystem 1000 gemäß dem Konzept der Erfindung zum Betreiben für mindestens einen Verbraucher 200 und/oder einen thermischen Abnehmer 240. Das Brennstoffzellensystem 1000 weist eine Brennstoffzelle 100, hier mit BSZ gekennzeichnet, hier in Form eines Brennstoffzellenstapels 102 auf. Bevorzugt wird das Brennstoffzellensystem 1000 in Kombination mit dem Verbraucher 200 und/oder thermischen Abnehmer 240 betrieben. Der Energiespeicher 300 als wiederaufladbarer Zwischenspeicher ist insofern energieabgabeseitig der Brennstoffzelle angeordnet zur Aufnahme von Energie, insbesondere elektrischer Energie und/oder Abwärme, die von der Brennstoffzelle abzugeben bzw. abgegeben wird.The embodiments shown in the drawing generally relate to a fuel cell system 1000 according to the concept of the invention to operate for at least one consumer 200 and / or a thermal collector 240 . The fuel cell system 1000 has a fuel cell 100 , here marked with BSZ, here in the form of a fuel cell stack 102 on. The fuel cell system is preferred 1000 in combination with the consumer 200 and / or thermal consumers 240 operated. The energy storage 300 as a rechargeable intermediate storage device, the fuel cell is arranged on the energy output side for receiving energy, in particular electrical energy and / or waste heat, which is given off or given off by the fuel cell.

Vorliegend ist in der in 1 gezeigten, ersten Ausführungsform die Brennstoffzelle 100 über eine Versorgungsleitung 104 und einen Abgabeanschluss 140 mit einem Verbraucher 200 selektiv stromführend verbindbar, der hier vorliegend als elektrischer Verbraucher 201 in Form eines elektrischen Antriebs 202 ausgebildet ist. Der elektrische Antrieb 202 ist hier mit D gekennzeichnet. Elektrische Energie E, die mittels der Brennstoffzelle 100 erzeugt wurde, insbesondere eine elektrische Energiemenge EE, kann somit dem Verbraucher 200 zugeführt werden, um insbesondere ein Fahrzeug 2000 anzutreiben. Hierzu werden der Brennstoffzelle 100 Sauerstoff O2 und/oder Luft AIR sowie Wasserstoff H2 zugeführt. Bei der Reaktion in der Brennstoffzelle 100 entsteht insbesondere Wasser H2O und Restluft AIRRES.The in 1 The first embodiment shown is the fuel cell 100 via a supply line 104 and a discharge port 140 with a consumer 200 selectively connectable with current, the present here as an electrical consumer 201 in the form of an electric drive 202 is trained. The electric drive 202 is marked here with D. Electrical power E. that by means of the fuel cell 100 was generated, in particular an amount of electrical energy EE , can thus the consumer 200 be fed to in particular a vehicle 2000 to drive. This is done using the fuel cell 100 Oxygen O2 and / or air AIR as well as hydrogen H2 fed. During the reaction in the fuel cell 100 In particular, water H2O and residual air are produced AIRRES .

Die Brennstoffzelle 100 ist weiterhin über eine Speicherleitung 106 mit einem als Batterie 302 ausgebildeten Energiespeicher 300, hier mit ES gekennzeichnet, selektiv stromführend verbindbar. Gemäß dem Konzept der Erfindung kann somit die Batterie 302 - insbesondere unabhängig vom Betrieb des elektrischen Verbrauchers 201 - durch die von der Brennstoffzelle 100 erzeugte elektrische Energie EE aufgeladen werden.The fuel cell 100 is still via a storage line 106 with one as a battery 302 trained energy storage 300 , herewith IT marked, selectively connectable with current carrying. According to the concept of the invention, the battery 302 - In particular, regardless of the operation of the electrical consumer 201 - by the fuel cell 100 generated electrical energy EE to be charged.

Weiterhin ist der Abgabeanschluss 140 und eine Pufferleitung 108 mit dem Energiespeicher 300 selektiv stromführend verbindbar. Am den Abgabeanschluss 140 wird eine Abgabeleistung PO für den Verbraucher 200 bereitgestellt. Der Abgabeanschluss 140 und die Pufferleitung 108 sind bidirektional ausgebildet. Das bedeutet im vorliegenden Fall, dass sowohl eine in der Batterie 302 gespeicherte elektrische Energiemenge EM dem elektrischen Verbraucher 201 zugeführt werden kann, als auch, dass elektrische Energie aus dem elektrischen Verbraucher 201, insbesondere mittels Rekuperation aus einem elektrischen Antrieb 202 gewonnene elektrische Energie, in der Batterie 302 gespeichert werden kann.Furthermore, there is the delivery connection 140 and a buffer line 108 with the energy storage 300 Can be selectively connected to be live. At the delivery port 140 becomes a power output PO for the consumer 200 provided. The delivery port 140 and the buffer line 108 are bidirectional. In the present case, this means that both one in the battery 302 stored amount of electrical energy EM the electrical consumer 201 can be supplied, as well as that electrical energy from the electrical consumer 201 , in particular by means of recuperation from an electric drive 202 generated electrical energy in the battery 302 can be saved.

Das Brennstoffzellensystem 1000 weist weiter eine Steuereinrichtung 400 auf, vorliegend als ECU gekennzeichnet. Die Steuereinrichtung 400 weist einen Steuereingang 402 auf, über den eine Leistungsanforderung LA von einem Sollwertgeber 500 an die Steuereinrichtung 400 übermittelt werden kann. Eine solche Leistungsanforderung LA kann beispielsweise, wenn das Brennstoffzellensystem 1000 wie hier in dem Fahrzeug 2000 eingesetzt wird, vom Fahrer direkt, beispielsweise über einen als Gaspedal 501 ausgebildeten Sollwertgeber 500, erzeugt werden, oder bei autonomen Fahrzeugen über einen als automatisierten Fahrregler 502 ausgebildeten Sollwertgeber 500. Die Leistungsanforderung LA wird in der Steuereinrichtung 400 in ein Regelungs-Signal RS umgewandelt und über einen Regelungsausgang 408 und an einem Regelungsanschluss 208 für den Verbraucher 200, insbesondere als Antriebssignal AS an den elektrischen Antrieb 202, bereitgestellt werden, um dessen Leistung zu regeln. Der Regelungsanschluss 208 kann wie hier gezeigt am Abgabeanschluss 140 angeordnet sein, insbesondere derart, dass der Verbraucher 200 über die Leistungsabgabe PO geregelt wird, alternativ kann der Regelungsanschluss 208 auch woanders, beispielsweise direkt am Verbraucher 200, angeordnet sein. Weiterhin wird über das Regelungs-Signal RS gesteuert, ob die Leistungsabgabe über die Versorgungsleitung 104 durch eine Brennstoffzellen-Leistung PB, oder die Pufferleitung 108 durch eine Speicherleistung PS bereitgestellt wird, oder ob die Leistungsabgabe durch eine Kombination von beiden bereitgestellt wird. Letzteres kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Brennstoffzelle 100 in einem wirkungsgrad-verbesserten Betrieb BPA betrieben wird. Hier nicht dargestellt, aber auch denkbar, wäre eine Ausführungsform, in der von der Steuereinrichtung 400 eine Signalleitung zum Energiespeicher 300 besteht, über welche die Leistung geregelt wird, welche von der Batterie 302 über die Pufferleitung 108 an den Antrieb 202 abgegeben wird. In einer Ausführungsform mit einer Signalleitung von der Steuereinrichtung 400 zum Energiespeicher 300 wird somit die über die Pufferleitung 108 transferierte Leistung nicht auf der Seite des Verbrauchers 200, sondern auf der Seite des Energiespeichers 300 geregelt.The fuel cell system 1000 further has a control device 400 on, here marked as ECU. The control device 400 has a control input 402 on over which a performance requirement LA from a setpoint generator 500 to the control device 400 can be transmitted. Such a performance requirement LA can, for example, if the fuel cell system 1000 like here in the vehicle 2000 is used by the driver directly, for example via an accelerator pedal 501 trained setpoint generator 500 , or, in the case of autonomous vehicles, via an automated speed controller 502 trained setpoint generator 500 . The performance requirement LA is in the control device 400 into a control signal RS converted and via a control output 408 and at a control connection 208 for the consumer 200 , especially as a drive signal AS to the electric drive 202 , are provided to regulate its performance. The control connection 208 can as shown here at the delivery connection 140 be arranged, in particular such that the consumer 200 about the power output PO is controlled, alternatively the control connection 208 also elsewhere, for example directly at the consumer 200 , be arranged. Furthermore, the control signal RS controlled whether the power output via the supply line 104 through a fuel cell power PB , or the buffer line 108 through a storage capacity PS is provided, or whether the power output is provided by a combination of both. The latter can be the case, for example, when the fuel cell 100 in an efficiency-improved operation BPA is operated. Not shown here, but also conceivable, would be an embodiment in which the control device 400 a signal line to the energy store 300 consists, over which the power is regulated, which from the battery 302 via the buffer line 108 to the drive 202 is delivered. In one embodiment with a signal line from the control device 400 to energy storage 300 is thus the over the buffer line 108 transferred service not on the consumer's side 200 , but on the side of the energy storage 300 regulated.

Die Steuereinrichtung 400 umfasst weiterhin einen Messeingang 404, über den ein Ladezustand LZ des Energiespeichers 300, welcher die aktuell in dem Energiespeicher 300 gespeicherte Energiemenge EM charakterisiert, der Steuereinrichtung 400 übermittelt werden kann. Der Ladezustand LZ kann beispielsweise über einen Messanschluss 306 des Energiespeichers 300 erfasst werden.The control device 400 also includes a measuring input 404 about which a charge status LZ of the energy storage 300 which is currently in the energy storage 300 stored amount of energy EM characterized, the control device 400 can be transmitted. The state of charge LZ can for example via a measuring connection 306 of the energy storage 300 are recorded.

Die Steuereinrichtung 400 weist weiter einen Steuerausgang 406 auf, über den eine Leistungsvorgabe LV an einen Steuereingang 110 der Brennstoffzelle 100 zum Einstellen der Brennstoffzellen-Leistung PB, insbesondere in Form eines Betriebspunkts BP, übermittelt werden kann. Die Steuereinrichtung 400 ist ausgebildet, in Abhängigkeit des Ladezustands LZ eine Leistungsvorgabe LV für einen wirkungsgrad-verbesserten Betrieb BPA zu bestimmen, wobei die Leistungsvorgabe LV - unter Ausnutzung der im Energiespeicher 300 gespeicherten Energiemenge EM - einer Brennstoffzellen-Leistung PB in Form einer herabgesetzten Brennstoffzellen-Leistung PA entspricht, bei der die Brennstoffzelle 100 in einem möglichst hohen Wirkungsgrad arbeitet. Der Ladezustand wird dabei insbesondere berücksichtigt, um trotz der herabgesetzten Brennstoffzellen-Leistung PA eine Leistungsabgabe PO in benötigter Höhe - insbesondere eine Leistungsabgabe PO, die einer Leistungsanforderung LA entspricht - bereitzustellen.The control device 400 furthermore has a control output 406 on over which a performance specification LV to a control input 110 the fuel cell 100 for setting the fuel cell output PB , especially in the form of an operating point BP , can be transmitted. The control device 400 is designed depending on the state of charge LZ a performance target LV for improved efficiency BPA to determine the performance target LV - taking advantage of the energy storage 300 stored amount of energy EM - a fuel cell power PB in the form of reduced fuel cell performance PA corresponds to that of the fuel cell 100 works with the highest possible efficiency. The state of charge is particularly taken into account in order to avoid the reduced fuel cell performance PA a power output PO in the required amount - in particular a performance fee PO that is a performance requirement LA corresponds to - provide.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems 1000' gemäß dem Konzept der Erfindung. Diese Ausführungsform weist zusätzlich einen thermischen Abgabeanschluss 150 auf zur Versorgung eines thermischen Abnehmers 240. Der thermische Abnehmer 240 kann insbesondere eine Heizung 244 und/oder eine Kältemaschine 246 aufweisen, die hier entsprechend mit HZ/KM gekennzeichnet sind. Das Brennstoffzellensystem 1000' weist zusätzlich einen als Wärmespeicher 304 ausgebildeten Energiespeicher 300 auf, vorliegend mit WS gekennzeichnet. Der Wärmespeicher 304 kann insbesondere als Warmwasserspeicher ausgebildet sein. Der thermische Abnehmer 240 kann insbesondere Teil eines Klimasystems 3000 sein. Die Brennstoffzelle 100, welche vorliegend als Brennstoffzellenstapel 102 ausgebildet ist, stellt die von ihr produzierte Wärme als thermische Energiemenge ET über eine thermische Versorgungsleitung 124 und den thermischen Abgabeanschluss 150 in Form einer thermischen Brennstoffzellen-Leistung PBT an den thermischen Abnehmer 240 zur Verfügung. Am thermischen Abnehmer 240 wird eine thermische Leistungsabgabe PT bereitgestellt. Weiterhin stellt die Brennstoffzelle 100 dem Wärmespeicher 304 die thermische Energiemenge ET über eine thermische Speicherleitung 126 zur Verfügung. Weiterhin besteht - analog zur elektrischen Ausbildung der ersten gezeigten Ausführungsform - eine fluid- und somit wärmeführende Verbindung zwischen dem Energiespeicher 300 und dem Verbraucher 200, vorliegend in Form einer thermischen Pufferleitung 128. Über die thermische Pufferleitung 128 kann ein gespeicherte thermische Speicherenergiemenge EMT vom Wärmespeicher 304 zum thermischen Abgabeanschluss 150 als thermische Speicher-Leistung PST für den thermischen Abnehmer 240 bereitgestellt werden. Umgekehrt kann vom thermischen Abnehmer 240 eine gespeicherte thermische Speicherenergiemenge EMT zurück zum Wärmespeicher 304 transferiert werden. In sämtlichen Kreisläufen 124, 126, 128 kann ein entsprechendes, für den Wärmetransport geeignetes Medium, zum Beispiel Wasser, eingesetzt werden. Über einen Speicher-Messanschluss 326 kann ein thermischer Ladezustand LZT des Wärmespeichers 304, das heißt die Menge der im Wärmespeicher 304 gespeicherten thermische Speicherenergiemenge EMT bestimmt werden. Dies kann insbesondere durch eine Messung oder eine Abschätzung der Temperatur und der Menge des im Wärmespeicher 304 enthaltenen Wassers (oder dergleichen zum Heizen geeigneten, im Wärmespeicher 304 enthaltenen Mediums) geschehen. 2 shows a further embodiment of a fuel cell system 1000 ' according to the concept of the invention. This embodiment also has a thermal output connection 150 on to the supply of a thermal consumer 240 . The thermal consumer 240 can in particular a heater 244 and / or a chiller 246 have, here accordingly with HZ / KM Marked are. The fuel cell system 1000 ' additionally has a heat storage unit 304 trained energy storage 300 on, here marked with WS. The heat storage 304 can in particular be designed as a hot water tank. The thermal consumer 240 can in particular be part of an air conditioning system 3000 be. The fuel cell 100 , which in the present case is a fuel cell stack 102 is formed, represents the heat it produces as a thermal amount of energy ET via a thermal supply line 124 and the thermal discharge port 150 in the form of thermal fuel cell power PBT to the thermal consumer 240 to disposal. At the thermal consumer 240 becomes a thermal power output PT provided. Furthermore, the fuel cell represents 100 the heat storage 304 the amount of thermal energy ET via a thermal storage line 126 to disposal. Furthermore, there is - analogously to the electrical design of the first embodiment shown - a fluid and thus heat-carrying connection between the energy store 300 and the consumer 200 , present in the form of a thermal buffer line 128 . Via the thermal buffer line 128 can be a stored amount of thermal energy EMT from the heat accumulator 304 to the thermal output connection 150 as thermal storage capacity PST for the thermal consumer 240 to be provided. Conversely, the thermal consumer 240 a stored amount of thermal energy EMT back to the heat accumulator 304 be transferred. In all cycles 124 , 126 , 128 an appropriate medium suitable for heat transport, for example water, can be used. Via a memory measurement connection 326 can be a thermal state of charge LZT of the heat storage 304 , that is, the amount of heat in the storage tank 304 stored amount of thermal energy EMT to be determined. This can be done in particular by measuring or estimating the temperature and the amount of heat in the heat storage tank 304 contained water (or similar suitable for heating, in the heat storage 304 contained medium) happen.

Die Steuereinrichtung 400' kann vorteilhaft ausgebildet sein, eine Leistungsvorgabe LV derart zu bestimmen, dass eine thermische Brennstoffzellen-Leistung PBT der Brennstoffzelle 100 unter vorteilhafter Ausnutzung des Ladezustands LZ des Wärmespeichers 304, derart bestimmt wird, dass die Brennstoffzelle 100 in einem verbesserten thermischen Wirkungsgrad betrieben wird - dies analog zu dem (elektrischen) Wirkungsgrad der Steuereinrichtung 400 in der ersten Ausführungsform.The control device 400 ' can advantageously be designed as a performance specification LV such as to determine a thermal fuel cell performance PBT the fuel cell 100 taking advantage of the state of charge LZ of the heat storage 304 , is determined such that the fuel cell 100 is operated in an improved thermal efficiency - this is analogous to the (electrical) efficiency of the control device 400 in the first embodiment.

Über einen Abnehmer-Steueranschluss 248 kann die thermische Leistungsabgabe PT für den thermischen Abnehmer 240 von der Steuereinrichtung 400' gesteuert werden. Vorliegend ist der Abnehmer-Steueranschluss 248 am thermischen Abgabeanschluss 150 angeordnet. In anderen Weiterbildungen ist es auch möglich, den Abnehmer-Steueranschluss 248 an einer anderen Stelle, insbesondere direkt am thermischen Abnehmer 240 zum direkten Ansteuern des thermischen Abnehmers 240, anzuordnen.Via a consumer control connection 248 can the thermal power output PT for the thermal consumer 240 from the control device 400 ' being controlled. Here is the consumer control connection 248 at the thermal output connection 150 arranged. In other developments it is also possible to use the consumer control connection 248 at another point, especially directly at the thermal consumer 240 for direct control of the thermal consumer 240 to arrange.

Analog zur ersten gezeigten Ausführungsform bestimmt die Steuereinrichtung 400" auf Basis einer zweiten, thermischen Leistungsanforderung LAT, welche im Falle der Heizung beispielsweise durch ein Thermostat 521 oder ein Klimaanlagen-Regelgerät 522 oder dergleichen Sollwertgeber 500 gebildet sein kann, und auf Basis des thermischen Ladezustand LZT des Wärmespeichers 304 eine Leistungsvorgabe LV für die Brennstoffzelle 100, welche der Brennstoffzelle 100 über den Steuerausgang 406 und weiter den Steuereingang 110 übermittelt wird. Die thermische Leistungsanforderung LAT wird der Steuereinrichtung 400' über einen zweiten Steuereingang 410 bereitgestellt.Analogously to the first embodiment shown, the control device 400 ″ determines on the basis of a second, thermal power requirement LAT, which in the case of heating, for example, by a thermostat 521 or an air conditioning controller 522 or the like setpoint generator 500 can be formed, and based on the thermal state of charge LZT of the heat storage 304 a performance target LV for the fuel cell 100 which the fuel cell 100 via the control output 406 and then the control input 110 is transmitted. The thermal power requirement LAT is the control device 400 ' via a second control input 410 provided.

Die hier gezeigte Weiterbildung kann vorteilhaft im Sinne einer Kraft-Wärme-Kopplung eine (elektrische) Leistungsabgabe PO und eine thermische Leistungsabgabe PT kombinieren. In derartigen Weiterbildung wird vorteilhaft der Umstand genutzt, dass eine Brennstoffzelle beim Betrieb Energie sowohl in Form von Wärme, als auch in Form von elektrischer Energie erzeugt, wobei der erfindungsgemäße Ansatz eines wirkungsgrad-verbesserten Betriebs sowohl für einen elektrischen Wirkungsgrad, als auch für einen thermischen Wirkungsgrad erreicht werden kann. Dies kann auch durch die Steuereinrichtung im Betrieb umschaltbar ermöglicht werden, insbesondere indem je nach Bedarf entweder eine elektrische, den Verbraucher 200 betreffende Leistungsanforderung LA, oder eine, den thermischen Abnehmer 240 betreffende, thermische Leistungsanforderung LAT vorrangig berücksichtigt wird.The development shown here can advantageously provide an (electrical) power output in the sense of a power-heat coupling PO and a thermal power output PT combine. In such Further development, the fact that a fuel cell generates energy both in the form of heat and in the form of electrical energy during operation, the approach according to the invention achieving an efficiency-improved operation for both electrical efficiency and thermal efficiency can be. This can also be made possible in a switchable manner by the control device during operation, in particular by adding either an electrical load, as required 200 relevant performance requirement LA , or one, the thermal consumer 240 relevant thermal power requirement LAT is given priority.

In 3 ist ein Brennstoffzellensystem 1000" in einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Hierbei ist ein thermischer Abnehmer 240, als Teil eines Klimasystems 3000' in einem nicht näher dargestellten Fahrzeug 2000', im Detail dargestellt. Das in 3 gezeigte Brennstoffzellensystem 1000" kann insbesondere dem Primärzweck dienen, einen Antrieb 202 für das Fahrzeug 2000 bereitzustellen. Die in 34 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass der Brennstoffzelle 100 über einen Fahrzeugkühler 130 und eine Kühlleitung 132 ein Kühlmedium 134 zugeführt wird, um die Brennstoffzelle 100 im Sinne eines Kühlkreislaufs zu kühlen. Hierzu ist weiterhin die thermische Versorgungsleitung 124' bidirektional im Sinne eines Kreislaufs ausgebildet. Der Fahrzeugkühler 130 ist vorliegend mit FK gekennzeichnet. Der Fahrzeugkühler 130 kann Teil eines hier nicht dargestellten Fahrzeugs 2000' sein und insbesondere weiteren Anwendungen im Fahrzeug 2000' zur Kühlung dienen. Die hier gezeigte Ausführungsform weist weiterhin einen Wärmespeicher 304 im Sinne der in 2 gezeigten Ausführungsform auf, wobei der Wärmespeicher 304 optional ist. Der thermische Abnehmer 240 ist vorliegend in Form eines Klimageräts 242 ausgebildet.In 3rd is a fuel cell system 1000 " shown in a further embodiment. Here is a thermal consumer 240 , as part of a climate system 3000 ' in a vehicle 2000 'not shown in detail, shown in detail. This in 3rd fuel cell system shown 1000 " can in particular serve the primary purpose, a drive 202 for the vehicle 2000 provide. In the 34 The embodiment shown differs from that in FIG 2 embodiment shown in particular in that the fuel cell 100 via a vehicle radiator 130 and a cooling line 132 a cooling medium 134 is supplied to the fuel cell 100 to cool in the sense of a cooling circuit. The thermal supply line is still required for this purpose 124 ' bidirectional in the sense of a cycle. The vehicle radiator 130 is here marked with FK. The vehicle radiator 130 can be part of a vehicle 2000 '(not shown here) and in particular serve for cooling in other applications in the vehicle 2000'. The embodiment shown here also has a heat accumulator 304 in the sense of in 2 embodiment shown, wherein the heat storage 304 is optional. The thermal consumer 240 is present in the form of an air conditioner 242 educated.

Vorliegend ist ein Abnehmer-Steueranschluss 248 am thermischen Abgabeanschluss 150 angeordnet. In anderen Weiterbildungen ist es auch möglich, den Abnehmer-Steueranschluss 248 an einer anderen Stelle, insbesondere als weiteren Abnehmer-Steueranschluss 248' direkt am thermischen Abnehmer 240, zum direkten Ansteuern des thermischen Abnehmers 240, anzuordnen. Dies vorliegend durch die punktierte Linie zwischen der Steuereinrichtung 400'' und dem thermischen Abnehmer 240 dargestellt.The present is a consumer control connection 248 at the thermal output connection 150 arranged. In other developments it is also possible to use the consumer control connection 248 at another point, in particular as a further consumer control connection 248 'directly on the thermal consumer 240 , for direct control of the thermal consumer 240 to arrange. In the present case, this is indicated by the dotted line between the control device 400 ″ and the thermal consumer 240 shown.

Der thermische Abnehmer 240 weist vorliegend einen Hauptwärmetauscher 250 auf, welcher über eine weitere thermische Versorgungsleitung 124A mit dem Kühlmedium 134 versorgt wird, welches von der Brennstoffzelle 100 erwärmt wurde. Die so erhaltene thermische Energie ET kann weiter über einen Primärkreislauf 260 an eine Kältemaschine 246 weitergegeben werden. Über die Kältemaschine 246 kann die thermische Energie nun für verschiedene Anwendungen, insbesondere in dem Fahrzeug 2000', genutzt werden. Beispielsweise kann die thermische Energie ET über einen Gerätekreislauf 262 mittels eines geeigneten Mediums an einen Gerätewärmetauscher 252 geleitet werden, wobei der Gerätewärmetauscher 252 insbesondere für Heizanwendungen eingesetzt werden kann. Weiterhin ist es möglich, mittels der Kältemaschine 246 Kaltluft zu produzieren, welche über eine Kaltluftleitung 264 direkt an eine Klimaanlage 254 abgegeben werden kann.The thermal consumer 240 in the present case has a main heat exchanger 250 on, which has another thermal supply line 124A with the cooling medium 134 which is supplied by the fuel cell 100 was heated. The thermal energy thus obtained ET can continue through a primary circuit 260 to a chiller 246 be passed on. About the chiller 246 the thermal energy can now be used for various applications, in particular in the vehicle 2000 '. For example, the thermal energy ET via a device circuit 262 by means of a suitable medium to a device heat exchanger 252 are conducted, the device heat exchanger 252 can be used in particular for heating applications. It is also possible by means of the refrigeration machine 246 To produce cold air, which via a cold air duct 264 directly to an air conditioning system 254 can be delivered.

Das Kühlmedium 134 kann, nachdem es den Hauptwärmetauscher 250 passiert hat, über eine erste Kühlrückleitung 138 in den Fahrzeugkühler 130 zurückgeleitet werden. Die Versorgungsleitung 124' weist eine Weiche 136 auf, mittels welcher die Strömung des Kühlmediums 134 über drei verschiedene Weichenstellungen P1, P2, P3 geleitet werden kann. Wenn sich die Weiche 136 in der ersten Weichenstellung P1 befindet, wird das Kühlmedium 134 wie bereits beschrieben zum Hauptwärmetauscher 250 des thermischen Abnehmers 240 geleitet. Wenn sich die Weiche 136 in einer zweiten Weichenstellung P2 befindet, wird das Kühlmedium 134 über eine zweite Kühlrückleitung 138.2 an dem thermischen Abnehmer 240 vorbei direkt wieder in den Fahrzeugkühler 130 geleitet. Wenn sich die Weiche 136 in einer dritten Weichenstellung P3 befindet, wird das Kühlmedium 134, vorbei an dem thermischen Abnehmer 240 und dem Fahrzeugkühler 130, direkt über eine dritte Kühlrückleitung 138.3 wieder in die Brennstoffzelle 100 geleitet.The cooling medium 134 can after it is the main heat exchanger 250 has happened via a first cooling return line 138 in the vehicle radiator 130 be returned. The supply line 124 ' shows a switch 136 on, by means of which the flow of the cooling medium 134 via three different course settings P1 , P2 , P3 can be directed. When the switch 136 in the first setting of the course P1 is located, the cooling medium 134 as already described to the main heat exchanger 250 of the thermal consumer 240 directed. When the switch 136 in a second position P2 is located, the cooling medium 134 via a second cooling return line 138.2 at the thermal consumer 240 passing straight back into the vehicle radiator 130 directed. When the switch 136 in a third position P3 is located, the cooling medium 134 , past the thermal consumer 240 and the vehicle radiator 130 , directly via a third cooling return line 138.3 back into the fuel cell 100 directed.

Ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems, insbesondere zur Ermittlung einer Leistungsvorgabe LV, ist in 4 -teilweise mit Bezug auf die in vorhergehend gezeigten Weiterbildungen - schematisch dargestellt.A method for operating a fuel cell system, in particular for determining a power specification LV , is in 4th - partially with reference to the developments shown in the previous - shown schematically.

Nach einem Startpunkt S0 erfolgt in einem ersten Schritt S1 die Abfrage des Ladezustands LZ des Energiespeichers 300. Diese Ermittlung kann durch die Steuereinrichtung 400 insbesondere über den Messanschluss 306 erfolgen. Anschließend erfolgt in Verzweigung V1 eine Prüfung, ob der Ladezustand LZ größer ist als ein unterer Ladezustand LZL. Ist dies nicht der Fall, wird in einem Schritt S2 die Leistungsvorgabe LV an die benötigte Leistungsabgabe PO, insbesondere die tatsächliche Leistungsanforderung LA angepasst. In diesem Fall reicht der Ladezustand LZ des Energiespeichers 300, also die Menge an in dem Energiespeicher 300 gespeicherter Energie EM - momentan oder in einem bestimmten, unmittelbar darauffolgenden Zeitraum - nicht zum Bereitstellen der benötigten Leistungsabgabe PO, insbesondere zur Erfüllung der momentanen Leistungsanforderung LA aus. Für den Fall, dass der Ladezustand LZ größer ist als der untere Ladezustand LZL, führt der Verfahrensablauf von der ersten Verzweigung V1 zu einer zweiten Verzweigung V2. In der zweiten Verzweigung V2 wird überprüft, ob der abgefragte Ladezustand LZ kleiner ist als ein oberer Ladezustand LZH. Sollte dies nicht der Fall sein, erfolgt in einem dritten Schritt S3 eine Reduzierung der Leistung der Brennstoffzelle 100 oder eine vollständige Abschaltung der Brennstoffzelle 100 durch die Steuereinrichtung 400, insbesondere um eine Beschädigung des Energiespeichers 300 durch Überlastung zu vermeiden. Die Versorgung des Verbrauchers erfolgt in diesem Fall - insbesondere vollständig - aus dem Energiespeicher 300. Sollte in der zweiten Verzweigung V2 festgestellt werden, dass der abgefragte Ladezustand LZ kleiner ist als der obere Ladezustand LZH, kann in einem vierten Schritt S4 gemäß dem Konzept der Erfindung ein Betrieb der Brennstoffzelle 100 in einem wirkungsgrad-verbesserten Betrieb BPA, durch eine entsprechende Leistungsvorgabe LV durch die Steuereinrichtung 400 erfolgen.After a starting point S0, the state of charge is queried in a first step S1 LZ of the energy storage 300 . This determination can be made by the control device 400 especially via the measuring connection 306 respectively. Then there is a branch V1 a check of the state of charge LZ is greater than a lower state of charge LZL . If this is not the case, the power specification is set in a step S2 LV to the required output PO , especially the actual performance requirement LA customized. In this case, the charge level is sufficient LZ of the energy storage 300 , so the amount of in the energy storage 300 stored energy EM - currently or in a specific, immediately following period - not to provide the required power output PO , especially to meet the momentary Performance requirement LA out. In the event that the state of charge LZ is greater than the lower state of charge LZL , the process flow leads from the first branch V1 to a second branch V2 . In the second branch V2 it is checked whether the requested charge status LZ is less than an upper state of charge LZH . If this is not the case, the power of the fuel cell is reduced in a third step S3 100 or a complete shutdown of the fuel cell 100 by the control device 400 , especially about damage to the energy storage device 300 to be avoided by overloading. In this case, the consumer is supplied - in particular completely - from the energy store 300 . Should be in the second branch V2 it can be determined that the requested state of charge LZ is less than the upper state of charge LZH , an operation of the fuel cell can in a fourth step S4 according to the concept of the invention 100 in an efficiency-improved operation BPA , through a corresponding performance specification LV by the control device 400 respectively.

Durch die erste Verzweigung V1 und die zweite Verzweigung V2 werden also zwei Bedingungen überprüft, um sicherzustellen, dass sich der Ladezustand LZ in einem Bereich zwischen einem unteren Ladezustand LZL und einem oberen Ladezustand LZH befindet, da in diesem Bereich ein Betrieb der Brennstoffzelle 100 im wirkungsgrad-verbesserten Betrieb BPA sinnvoll möglich ist.Through the first branch V1 and the second branch V2 So two conditions are checked to ensure that the state of charge is correct LZ in a range between a lower state of charge LZL and an upper state of charge LZH is because the fuel cell is in operation in this area 100 in efficiency-improved operation BPA is sensibly possible.

Im Sinne eines Regelkreises erfolgt nach sämtlichen Schritten S2, S3, und S4 eine Rückführung zu einem Rückführungspunkt SR1, ab dem der erste Schritt S1 und daran anschließend der oben beschriebene Verfahrensablauf erneut ausgeführt wird. In der Steuereinrichtung 400, die diesen in 4 gezeigten Verfahrensablauf durchführt, kann eine entsprechende Taktzeit für die Wiederholung des Verfahrensablaufs ab dem Rückführungspunkt RF1 eingestellt werden, die einen für die Anwendung der Regelung optimalen Kompromiss zwischen Reaktionszeit und Rechenleistung darstellt.In the sense of a control loop, after all steps S2, S3 and S4 there is a return to a return point SR1, from which the first step S1 and then the process sequence described above is carried out again. In the control device 400 that this in 4th carries out the process sequence shown, a corresponding cycle time for the repetition of the process sequence from the return point RF1 which represents an optimal compromise between response time and computing power for the application of the control system.

In 5 ist ein Verfahrensablauf gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Dieser kann in programmierter Weise in der Steuereinrichtung 400 ausgeführt werden. Nach einem Startpunkt S10 wird in einem ersten Schritt S11 zunächst der Ladezustand LZ des Energiespeichers 300 ermittelt. In einem darauffolgenden zweiten Schritt S12 erfolgt nun - unter Berücksichtigung des ermittelten Ladezustands LZ - die Berechnung einer bis zu einem Zielzustand ZZ benötigten Energiemenge EZZ.In 5 a process sequence according to a further preferred embodiment is shown. This can be programmed in the control device 400 are executed. After a starting point S10, in a first step S11, the state of charge is initially set LZ of the energy storage 300 determined. A subsequent second step S12 now takes place - taking into account the determined state of charge LZ - the calculation of an amount of energy required up to a target state ZZ EZZ .

Für die Berechnung der benötigten Energiemenge EZZ kann ein prognostiziertes Leistungsprofil PLP herangezogen werden. Das prognostizierte Leistungsprofil PLP kann - in dem Fall, dass das Brennstoffzellensystem 1000 in einem Antrieb eines Fahrzeugs eingesetzt wird und der Zielzustand ZZ entsprechend eine Sollposition SP ist - die bis zur Sollposition SP zurückzulegende Strecke in Form einer Soll-Route SR berücksichtigen. Hierbei können vorteilhaft zu überwindende Höhenunterschiede, die zu erwartende oder maximal zulässige Geschwindigkeit und/oder eine zu erwartende verbleibende Fahrtzeit TV einschließlich Pausen zur Verbesserung der Berechnung der benötigten Energiemenge EZZ berücksichtigt werden.For calculating the amount of energy required EZZ can be a predicted performance profile PLP can be used. The forecasted performance profile PLP can - in the event that the fuel cell system 1000 is used in a drive of a vehicle and the target state ZZ is correspondingly a target position SP is - the one up to the target position SP Distance to be covered in the form of a target route SR consider. In this case, differences in height to be overcome, the expected or maximum permissible speed and / or an expected remaining travel time can advantageously be overcome TV including breaks to improve the calculation of the amount of energy required EZZ must be taken into account.

In anderen Ausführungsformen, beispielsweise in solchen, in denen das Brennstoffzellensystem zur Stromerzeugung und/oder zur Wärmeerzeugung eingesetzt wird, kann das prognostizierte Leistungsprofil auch einen Plan enthalten mit einem in einem Prognosezeitraum liegenden Energiebedarf. Dieser Energiebedarf kann beispielsweise auf Basis von Erfahrungswerten geschätzt, oder anhand von Modellen berechnet sein und bildet in diesem Fall die benötigte Energiemenge EZZ.In other embodiments, for example in those in which the fuel cell system is used to generate electricity and / or to generate heat, the predicted performance profile can also contain a plan with an energy requirement in a prediction period. This energy requirement can be estimated on the basis of empirical values, for example, or it can be calculated using models and in this case forms the required amount of energy EZZ .

In einer anschließenden Verzweigung V11 wird geprüft, ob der Ladezustand LZ des Energiespeichers 300, das heißt die in dem Energiespeicher 300 gespeicherte Energiemenge EM kleiner ist als die zum Erreichen des Zielzustands ZZ benötigte Energiemenge EZZ. Ist dies nicht der Fall, erfolgt in einem dritten Schritt S13 durch eine entsprechende Leistungsvorgabe LV ein Betrieb der Brennstoffzelle 100 mit einer Brennstoffzellen-Leistung PB, die insbesondere nicht dem wirkungsgradverbesserten Betrieb BPA entspricht. Insbesondere wird die Brennstoffzellen-Leistung PB dabei so gewählt, dass die Leistungsvorgabe LV ausreicht, um die benötigte Energiemenge EZZ in der zu erwartenden verbleibenden Fahrtzeit TV zu erzeugen. Die Brennstoffzellen-Leistung PB kann in diesem Fall so eingestellt werden, dass die tatsächliche Leistungsanforderung LA erfüllt wird. Darüber hinaus kann die Brennstoffzellen-Leistung PB auch in einem Regenerations-Betrieb BPR einen höheren Wert annehmen, bei dem die Brennstoffzelle zusätzlich noch genug Leistung zum Wiederaufladen des Energiespeichers 300 produziert. Die Brennstoffzellen-Leistung PB kann dabei oberhalb einer wirkungsgradoptimalen Brennstoffzellen-Leistung PBO und unterhalb der tatsächlichen Leistungsanforderung LA liegen, wobei in diesem Fall die momentane Leistungsanforderung LA teilweise aus dem Energiespeicher 300 und teilweise aus der Brennstoffzelle 100 erfüllt wird. Dies wird insbesondere vorteilhaft im wirkungsgradverbesserten Betrieb BPA erreicht, der auf das Erreichen eines konkreten Zielzustands ZZ, insbesondere auf die für eine bestimmte Fahrt F zu erwartende Energiemenge EZZ angepasst werden kann, wie in 8 erläutert. In einem solchen Fall entleert sich der Energiespeicher 300 ähnlich wie bei einem Betrieb der Brennstoffzelle 100 bei wirkungsgradoptimaler Brennstoffzellen-Leistung PBO, jedoch - aufgrund der höheren Leistung der Brennstoffzelle - mit einer langsameren Geschwindigkeit, sodass die in der Batterie 300 gespeicherte Energiemenge EM noch zum Erreichen des Zielzustands ZZ ausreicht.In a subsequent branch V11 it is checked whether the state of charge LZ of the energy storage 300 , that is, the one in the energy store 300 stored amount of energy EM is smaller than the amount of energy required to achieve the target state ZZ EZZ . If this is not the case, a third step S13 takes place by means of a corresponding output specification LV an operation of the fuel cell 100 with a fuel cell power PB which, in particular, do not affect the efficiency-improved operation BPA corresponds to. In particular, the fuel cell performance PB chosen so that the performance specification LV sufficient to generate the required amount of energy EZZ in the expected remaining travel time TV to create. The fuel cell performance PB In this case, it can be set so that the actual power requirement LA is fulfilled. It can also increase fuel cell performance PB also in a regeneration operation BPR assume a higher value at which the fuel cell also has enough power to recharge the energy store 300 produced. The fuel cell performance PB can be above an efficiency-optimized fuel cell output PBO and below the actual power requirement LA lie, in which case the current power requirement LA partly from the energy storage 300 and partly from the fuel cell 100 is fulfilled. This is particularly advantageous in efficiency-improved operation BPA achieved, the reaching of a specific target state ZZ, in particular for a specific trip F. expected amount of energy EZZ can be customized as in 8th explained. In such a case, the energy store is emptied 300 similar to an operation of the Fuel cell 100 with optimal fuel cell performance PBO , however - due to the higher performance of the fuel cell - at a slower speed, so that in the battery 300 stored amount of energy EM is still sufficient to reach the target state ZZ.

Sollte die Prüfung in der Verzweigung V11 ergeben, dass der Ladezustand LZ der Batterie größer als die oder gleich der zum Erreichen des Zielzustands ZZ benötigte Energiemenge EZZ ist, erfolgt in einem Schritt S14 der Betrieb der Brennstoffzelle 100 gemäß dem in 5 gezeigten Verfahrensablauf. Sofern der Ladezustand LZ größer ist als der untere Ladezustand LZL, erfolgt der Betrieb der Brennstoffzelle 100 insbesondere vorteilhaft in einem wirkungsgrad-verbesserten Betrieb BPA, durch entsprechende Leistungsvorgabe LV der Steuereinrichtung 400.Should the test in the branch V11 reveal that the state of charge LZ of the battery is greater than or equal to the amount of energy required to achieve the target state ZZ EZZ is, the fuel cell is operated in a step S14 100 according to the in 5 procedural sequence shown. Provided the state of charge LZ is greater than the lower state of charge LZL , the fuel cell is operated 100 particularly advantageous in an efficiency-improved operation BPA , by corresponding performance specification LV the control device 400 .

In anderen Weiterbildungen ist es auch möglich, dass anstatt eines Energievergleichs in Verzweigung V11 ein Leistungsvergleich vorgenommen wird. Hierzu wird die in Schritt S12 bestimmte Energiemenge EZZ durch die zu erwartende verbleibende Fahrtzeit TV geteilt, um eine Leistung zu bestimmen, die durchschnittlich von dem Brennstoffzellensystem als Abgabeleistung bereitgestellt werden muss. In Abhängigkeit des Ladezustands LZ kann auf dieser Basis ein Anpassbetrag PAN bestimmt werden, um den die Brennstoffzellen-Leistung PB herabgesetzt werden kann um einen verbesserten Wirkungsgrad zu erreichen, während die durchschnittlich zu erbringende Abgabeleistung bereitgestellt wird.In other developments it is also possible that instead of an energy comparison in branching V11 a performance comparison is made. For this purpose, the amount of energy determined in step S12 EZZ by the expected remaining driving time TV divided in order to determine a power that has to be provided on average by the fuel cell system as output power. Depending on the state of charge LZ an adjustment amount can be made on this basis PAN can be determined by the fuel cell performance PB can be reduced in order to achieve an improved degree of efficiency, while the average output power to be achieved is provided.

In 6 ist eine Ausführungsform einer Steuereinrichtung 400 detailliert dargestellt. Die Steuereinrichtung 400 umfasst einen vorausschauenden Beobachter 420, der ausgebildet ist, eine benötigte Energiemenge EZZ auf Basis eines prognostizierten Leistungsprofils PLP zu berechnen. Das prognostizierte Leistungsprofil PLP kann insbesondere in dem Fall, dass das Brennstoffzellensystem 1000 in einem Fahrzeug eingesetzt wird, als prognostiziertes Fahrprofil PFP ausgebildet sein. Gleich wohl kann das prognostizierte Leistungsprofil PLP je nach Anwendungsgebiet des Brennstoffzellensystems variieren. So ist es möglich, dass das Brennstoffzellensystem in anderen Gebieten, beispielsweise zur Stromerzeugung oder in einem Klimagerät eingesetzt wird.In 6th is an embodiment of a control device 400 shown in detail. The control device 400 includes a forward-looking observer 420 , which is formed, a required amount of energy EZZ based on a forecast performance profile PLP to calculate. The forecasted performance profile PLP can especially in the case that the fuel cell system 1000 is used in a vehicle as a predicted driving profile PFP be trained. The predicted performance profile may well be PLP vary depending on the area of application of the fuel cell system. It is thus possible for the fuel cell system to be used in other areas, for example to generate electricity or in an air conditioning unit.

Das prognostizierte Leistungsprofil PLP wird von einem Profilgenerator 422 erzeugt, welche auf Basis von Soll-Daten SD, beispielsweise einer von einem Navigationsgerät 450 erzeugten Soll-Route SR einschließlich Strecken- und Höhenprofilen, von weiteren, insbesondere von einem Profilspeicher 460 bereitgestellten Profildaten PD, wie beispielsweise Nutzerprofilen PN, Fahrzeugprofilen PF, Maschinenprofilen PM und dergleichen Profildaten, sowie von einer Messeinheit 440 bereitgestellten Ist-Daten ID, wie beispielsweise einer Ist-Position IP, Wetterdaten WD und Umgebungsdaten UD das prognostizierte Leistungsprofil PLP berechnet. Die von der Messeinheit 440 bereitgestellten Ist-Daten müssen nicht notwendigerweise über einen Sensor ermittelt werden, sondern können beispielsweise auch über einen Dienst, beispielsweise einen Webdienst für Wetterdaten, bereitgestellt werden. Bei der Berechnung des prognostizierten Leistungsprofils PLP wird berechnet, mit welcher voraussichtlichen Leistung in welcher Zeit ein Zielzustand ZZ, insbesondere eine Soll-Position SP, erreicht werden kann. Für den Fall, dass das Brennstoffzellensystem 1000 in einem Fahrzeug eingesetzt wird, wird in dem Profilgenerator 422 berechnet, mit welcher voraussichtlichen Antriebsleistung unter Berücksichtigung aller relevanten Umstände eine Soll-Position SP einer Soll-Route SR erreicht werden kann. Hierbei kann die Soll-Route SR auch in einzelne Soll-Routen-Segmente SRS aufgeteilt werden, und die Berechnung für jedes einzelne Soll-Routen-Segment SRS mit jeweils einer Segment-Soll-Position SSP durchgeführt werden. Die Bestimmung des prognostizierten Leistungsprofils PLP ist daher besonders geeignet bei Anwendungen, bei denen der voraussichtliche Betrieb und die damit einhergehenden Betriebsbedingungen vorhersehbar ist, insbesondere ein sich wiederholendes Muster aufweisen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das Brennstoffzellensystem 1000 mit als Antrieb 202 ausgebildeten Verbraucher 200 in einem im geplanten Betrieb operierenden Fahrzeug, wie beispielsweise einer Bahn, einem Minen-Lkw, oder einem Linienschiff eingesetzt wird.The forecasted performance profile PLP is generated by a profile generator 422 generated based on target data SD , for example one from a navigation device 450 generated target route SR including route and height profiles, of others, in particular of a profile memory 460 profile data provided PD , such as user profiles PN , Vehicle profiles PF , Machine profiles PM and the like profile data, as well as from a measuring unit 440 actual data provided ID such as an actual position IP , Weather data WD and environmental data UD the forecasted performance profile PLP calculated. The one from the measuring unit 440 The actual data provided do not necessarily have to be determined via a sensor, but can, for example, also be made available via a service, for example a web service for weather data. When calculating the forecast performance profile PLP it is calculated with what probable power in what time a target state ZZ, in particular a target position SP , can be reached. In the event that the fuel cell system 1000 is used in a vehicle, is used in the profile generator 422 calculates the expected drive power with which a target position is calculated, taking into account all relevant circumstances SP a target route SR can be reached. The target route SR also in individual target route segments SRS and the calculation for each individual target route segment SRS each with a segment target position SSP be performed. The determination of the forecasted performance profile PLP is therefore particularly suitable for applications in which the expected operation and the associated operating conditions can be foreseen, in particular have a repetitive pattern. This is especially the case when the fuel cell system 1000 with as drive 202 educated consumer 200 is used in a vehicle operating in the planned operation, such as a train, a mine truck, or a liner.

Es kann die Bereitstellung von bestimmten Soll-Daten und bestimmten Ist-Daten auch aus einem einzigen Gerät, beispielsweise dem Navigationsgerät, erfolgen.Specific target data and specific actual data can also be provided from a single device, for example the navigation device.

Auf Basis des prognostizierten Leistungsprofils PLP wird anschließend in einer Energiebestimmungseinheit 424 die gesamte Energiemenge EZZ berechnet, die zur Erfüllung des prognostizierten Leistungsprofils PLP benötigt wird. Insbesondere kann die Berechnung der Energiemenge EZZ, wenn man das prognostizierte Leistungsprofil PLP als einen über die Zeit aufgetragene Verlauf der benötigten Leistung betrachtet, gebildet werden, indem diese Kurve über den gesamten Zeitraum integriert wird.Based on the forecast performance profile PLP is then used in an energy determination unit 424 the total amount of energy EZZ calculated to meet the forecast performance profile PLP is needed. In particular, the calculation of the amount of energy EZZ when looking at the predicted performance profile PLP viewed as a curve of the required power plotted over time, can be formed by integrating this curve over the entire period.

Auf Basis der Energiemenge EZZ und des über den Messeingang 404 übermittelten Ladezustand LZ wird in einer Vorgabeeinheit 426 eine Leistungsvorgabe LV für die Brennstoffzelle 100 berechnet und über den Steuereingang 110 an diese übermittelt, damit die Brennstoffzelle 100 mit einer den Anforderungen entsprechenden Brennstoffzellen-Leistung PB, beispielsweise in einem wirkungsgrad-verbesserten Betrieb BPA mit einer herabgesetzten Brennstoffzellen-Leistung PA, oder einem wirkungsgradoptimalen Betrieb BPO mit einer wirkungsgradoptimalen Brennstoffzellen-Leistung PBO betrieben werden kann. Dazu kann eine Wirkungsgradkennlinie KL mit dem Verlauf des Wirkungsgrades WG einer Brennstoffzelle 100 dienen wie sie in 7 gezeigt ist - d.h. aufgetragen ist der Verlauf des Wirkungsgrades WG über die Brennstoffzellen-Leistung BP, vorliegend als relative Nominalleistung PREL auf der x-Achse in Prozent.Based on the amount of energy EZZ and via the exhibition entrance 404 transmitted state of charge LZ is in a default unit 426 a performance target LV for the fuel cell 100 calculated and via the control input 110 transmitted to this so that the fuel cell 100 with a fuel cell output that meets the requirements PB , for example in an efficiency-improved operation BPA with a reduced fuel cell performance PA , or an efficiency-optimized operation BPO with an efficiency-optimized fuel cell performance PBO can be operated. An efficiency curve can be used for this KL with the course of the degree of efficiency Flat share a fuel cell 100 serve as they do in 7th is shown - ie the course of the degree of efficiency is plotted Flat share about the fuel cell performance BP , in this case as a relative nominal output PREL on the x-axis in percent.

Weiterhin weist die vorliegende Ausführungsform der Steuereinrichtung 400 einen Regelungs-Signalgenerator 428 auf, welche die über den Steuereingang 402 übermittelte Leistungsanforderung LA in ein Regelungssignal RS, insbesondere ein Antriebssignal AS umwandelt und dieses über den Regelungsausgang 408 und weiter den Regelungsanschluss 208 des Verbrauchers 200 übermittelt.Furthermore, the present embodiment of the control device 400 a control signal generator 428 on which the control input 402 transmitted performance requirement LA into a control signal RS , especially a drive signal AS converts and this via the control output 408 and then the control connection 208 of the consumer 200 transmitted.

7 zeigt eine schematische Darstellung der Wirkungsgradkennlinie KL mit dem Verlauf des Wirkungsgrades WG einer Brennstoffzelle 100, aufgetragen über die Brennstoffzellen-Leistung BP, vorliegend als relative Nominalleistung PREL auf der x-Achse in Prozent. Sichtbar ist, dass bereits bei ca. 10 % der relativen Nominalleistung PREL der Wirkungsgrad WG sein Maximum --als optimaler Wirkungsgrad WGO bei einem Wert von ca. 0,65-- besitzt. Hier liegt daher die wirkungsgradoptimale Brennstoffzellen-Leistung PBO für einen insofern wirkungsgradoptimalen Betrieb BPO; diese wirkungsgradoptimale Brennstoffzellen-Leistung PBO fällt vergleichsweise gering aus bei ca. 10 % der relativen Nominalleistung PREL 7th shows a schematic representation of the efficiency curve KL with the course of the degree of efficiency Flat share a fuel cell 100 , plotted against the fuel cell output BP , in this case as a relative nominal output PREL on the x-axis in percent. It can be seen that already at approx. 10% of the relative nominal power PREL the efficiency Flat share its maximum - as optimal WGO efficiency at a value of approx. 0.65 - has. This is where the optimal efficiency of the fuel cell can be found PBO for an operation that is optimal in terms of efficiency BPO ; this efficiency-optimized fuel cell performance PBO is comparatively low at approx. 10% of the relative nominal power PREL

Zu einer größeren relativen Nominalleistung PREL hin nimmt der Wirkungsgrad WG aber ab; bei 100% der relativen Nominalleistung PREL liegt der Wert des Wirkungsgrades WG dagegen bei nur noch ca. 0,4. 100% der relativen Nominalleistung PREL werden hier als Ausgangs-Brennstoffzellen-Leistung PK für eine leistungsnominale Brennstoffzellen-Leistung PBK bei einem insofern leistungsnominalen Betrieb BPK bezeichnet.--Dies bedeutet, dass ausgehend von der wirkungsgradoptimalen Brennstoffzellen-Leistung PBO zwar die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle zunimmt, deren Effizienz jedoch abnimmt; d.h. der Wert des Wirkungsgrads WG nimmt ab.To a larger relative nominal power PREL the efficiency decreases Flat share but from; at 100% of the relative nominal power PREL is the value of the efficiency Flat share on the other hand at only approx. 0.4. 100% of the relative nominal power PREL are used here as the starting fuel cell power PK for a power-nominal fuel cell power PBK in the case of an operation with nominal performance BPK - This means that based on the efficiency-optimized fuel cell performance PBO Although the output power of the fuel cell increases, its efficiency decreases; ie the value of the efficiency Flat share decreases.

Vorliegend ist für eine Leistungsvorgabe LV eine gegenüber 100% der relativen Nominalleistung PREL, d.h. gegenüber dem vollem Wert der relativen Nominalleistung PREL, herabgesetzte Brennstoffzellen-Leistung PA für einen insofern wirkungsgrad-verbesserten Betrieb BPA bei 60 % der relativen Nominalleistung PREL für eine Leistungsvorgabe LV beispielhaft eingezeichnet. Die gegenüber der vollen (100%) relativen Nominalleistung PREL herabgesetzte Brennstoffzellen-Leistung PA ist also um einen Anpassbetrag PAN von 40% von einer Ausgangs- Brennstoffzellen-Leistung PK -hier entsprechend 100% der relativen Nominalleistung PREL-- herabgesetzt, um gemäß dem Konzept der Erfindung einen verbesserten Wirkungsgrad zu erreichen.The present is for a performance specification LV one against 100% of the relative nominal power PREL , ie compared to the full value of the relative nominal power PREL , reduced fuel cell performance PA for an operation that is improved in terms of efficiency BPA at 60% of the relative nominal power PREL for a performance specification LV drawn in as an example. The relative nominal power compared to the full (100%) PREL reduced fuel cell performance PA is therefore an adjustment amount PAN of 40% of an initial fuel cell output PK - here corresponding to 100% of the relative nominal power PREL - Reduced in order to achieve an improved efficiency according to the concept of the invention.

Sollte der Ladezustand LZ in diesem Falle nochmals höher sein, könnte die herabgesetzte Brennstoffzellen-Leistung PA für eine Leistungsvorgabe LV entsprechend geringer ausfallen gegenüber der vollen (100%) relativen Nominalleistung PREL, insbesondere nochmals geringer als die aktuelle Leistung (<100% PREL), zugunsten eines höheren Wirkungsgrads oder noch höheren Wirkungsgrads WG, da in diesem Fall ein größerer oder noch größerer Anteil zur Bereitstellung der Leistungsabgabe aus dem Energiespeicher entnommen werden könnte. Der Anpassbetrag PAN wäre in dem Fall insbesondere noch höher im Vergleich zu dem genannten Anpassbetrag von 40% für eine Leistungsvorgabe LV bei 60 % der relativen Nominalleistung PREL. Kurz gesagt bedeutet dies, dass für einen wirkungsgrad-verbesserten Betrieb BPA die Leistungsvorgabe LV derart erfolgt, dass möglichst -d.h. abhängig vom Ladezustand LZ des Energiespeichers 300-- der Wirkungsgrad (WG) gemäß erhöht ist gegenüber dem Wirkungsgrad bei Nominalleistung PREL oder dem aktuellen Wirkungsgrad. Für den wirkungsgradverbesserten Betrieb BPA gibt die Leistungsvorgabe LV also möglichst -abhängig vom Ladezustand LZ des Energiespeichers 300-- eine herabgesetzte Brennstoffzellen-Leistung PA vor, der ein erhöhter Wirkungsgrad WG entspricht gemäß der Wertangaben zum Wirkungsgrad WG, insbesondere als eine Kennlinie KL, in Abhängigkeit der Brennstoffzellen-Leistung PB. Im Betrieb und damit im Rahmen der Steuerung gibt also insbesondere die Leistungsvorgabe LV möglichst eine gegenüber der vollen (100%) relativen Nominalleistung PREL oder aktuellen Leistung herabgesetzte Brennstoffzellen-Leistung PA derart vor, dass der Wirkungsgrad WG gemäß der Wertangaben erhöht ist gegenüber dem Wirkungsgrad bei Nominalleistung PREL oder dem aktuellen Wirkungsgrad.Should the state of charge LZ in this case even higher, the reduced fuel cell output could be PA for a performance specification LV be correspondingly lower compared to the full (100%) relative nominal output PREL , especially again lower than the current performance (<100% PREL ), in favor of a higher degree of efficiency or even higher degree of efficiency Flat share , since in this case a larger or even larger proportion could be taken from the energy store to provide the power output. The adjustment amount PAN in this case would be even higher compared to the aforementioned adjustment amount of 40% for a performance specification LV at 60% of the relative nominal power PREL . In short, this means that for an efficiency-improved operation BPA the performance target LV takes place in such a way that as possible -dh depending on the state of charge LZ of the energy storage 300 - the efficiency ( Flat share ) is increased accordingly compared to the efficiency at nominal power PREL or the current efficiency. For improved efficiency BPA gives the performance specification LV So if possible -dependent on the state of charge LZ of the energy storage 300 - reduced fuel cell performance PA before that of an increased efficiency Flat share corresponds according to the values given for the efficiency Flat share , especially as a characteristic KL , depending on the fuel cell performance PB . In operation and thus in the context of the control, there is in particular the performance specification LV if possible one compared to the full (100%) relative nominal output PREL or current output, reduced fuel cell output PA such before that the efficiency Flat share according to the values is increased compared to the efficiency at nominal power PREL or the current efficiency.

8 zeigt einen schematischen Verlauf eines Ladezustands LZ über verschiedene Zeitintervalle TI und Betriebsphasen. Hierbei wird beispielhaft Bezug auf eine Anwendung eines Brennstoffzellensystems 1000 gemäß dem Konzept der Erfindung in einem nicht näher dargestellten Fahrzeug genommen. Der Verbraucher 200 ist daher als elektrischer Antrieb 202 ausgebildet. 8th shows a schematic profile of a state of charge LZ over different time intervals TI and operating phases. Reference is made here to an application of a fuel cell system as an example 1000 taken according to the concept of the invention in a vehicle not shown in detail. The consumer 200 is therefore considered an electric drive 202 educated.

In einem ersten Zeitintervall TI1 befindet sich das Fahrzeug zunächst in einem Ruhezustand P, und der Ladezustand LZ ist gleich dem oberen Ladezustand LZH; das Brennstoffzellensystem 1000 befindet sich daher in einem Ruhe-Betriebsmodus BM0, in dem die Brennstoffzelle 100 in einem Ruhe-Betrieb BPN keine Energie erzeugt. Der Ladezustand LZ weist daher im ersten Zeitintervall TI1 einen konstanten Verlauf auf.In a first time interval TI1, the vehicle is initially in a state of rest P , and the charge level LZ is equal to the upper state of charge LZH ; the fuel cell system 1000 is therefore in an idle operating mode BM0 in which the fuel cell 100 in a resting business BPN no energy generated. The state of charge LZ therefore has a constant profile in the first time interval TI1.

Im Anschluss daran fährt das Fahrzeug in einem zweiten Zeitintervall TI2 eine erste Fahrt F1, wobei in einem ersten Betriebsmodus BM1 die Brennstoffzelle 100 in einem wirkungsgradoptimalen Betrieb BPO betrieben wird. Da die zum Antrieb des Fahrzeugs benötigte Leistung größer ist als die von der Brennstoffzelle 100 erzeugte Leistung, nimmt in diesem zweiten Zeitintervall TI2 der Ladezustand LZ bis zum Zielzustand ZZ1 der Fahrt F1 in Form der Soll-Position SP1, kontinuierlich ab. Der Verlauf des Ladezustands LZ ist in 8 stark vereinfachend linear dargestellt. Die Steigung des Verlaufs des Ladezustands LZ stellt somit die Leistungsbilanz der Brennstoffzelle 100 und des Verbrauchers 200 dar.The vehicle then drives a first journey in a second time interval TI2 F1 , wherein in a first operating mode BM1 the fuel cell 100 in an efficiency-optimized operation BPO is operated. Because the power required to drive the vehicle is greater than that of the fuel cell 100 generated power, the state of charge increases in this second time interval TI2 LZ up to the target state ZZ1 of the journey F1 in the form of the target position SP1 , continuously. The progress of the state of charge LZ is in 8th shown in a highly simplified linear manner. The slope of the progression of the state of charge LZ thus represents the power balance of the fuel cell 100 and the consumer 200 represent.

In einem anschließenden dritten Zeitintervall TI3 befindet sich das Fahrzeug nach der ersten Fahrt F1 wieder in einem Ruhezustand P. Die Brennstoffzelle 100 wird jedoch - in einem zweiten Betriebsmodus BM2 des Brennstoffzellensystems 1000 - weiter im wirkungsgradoptimalen Betrieb BPO betrieben, bis der Energiespeicher 300 wieder seinen oberen Ladezustand LZH erreicht hat.The vehicle is in a subsequent third time interval TI3 after the first trip F1 again in an idle state P . The fuel cell 100 however - in a second operating mode BM2 of the fuel cell system 1000 - continue to operate with optimum efficiency BPO operated until the energy storage 300 back to its upper state of charge LZH has reached.

Nach Erreichen des oberen Ladezustands LZH wird das Brennstoffzellensystem 1000 in einem vierten Zeitintervall TI4 wieder im Ruhe-Betriebsmodus BM0 betrieben, in dem die Brennstoffzelle 100 in einem Ruhe-Betrieb BPN keine elektrische Energie erzeugt, und der Energiespeicher somit keinen - möglicherweise für den Energiespeicher schädlichen - maximalen Ladezustand LZMAX erreicht. Folglich weist der Ladezustand LZ im vierten Zeitintervall T4 wieder einen konstanten Verlauf auf.After reaching the upper charge level LZH becomes the fuel cell system 1000 in a fourth time interval TI4 again in the idle operating mode BM0 operated in which the fuel cell 100 in a dormant operation BPN no electrical energy is generated, and the energy store therefore does not have a maximum state of charge that may be harmful to the energy store LZMAX reached. Consequently, the state of charge LZ a constant curve again in the fourth time interval T4.

In einem fünften Zeitintervall TI5 beginnt eine zweite Fahrt F2 des Fahrzeugs, die aufgrund von Fahrt- und Streckenbedingungen, wie beispielsweise Höhenunterschieden, durchschnittlicher Fahrtgeschwindigkeit, Gegenwind und ähnlichem, eine höhere Antriebsleistung erfordert als noch bei der ersten Fahrt F1 im zweiten Zeitintervall TI2, und somit das Brennstoffzellensystem 1000 eine höhere Leistungsabgabe PO bereitstellen muss. In 8 ist dies vereinfacht durch einen steiler abfallenden linearen Verlauf des Ladezustands LZ dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 1000 wird dennoch im ersten Betriebsmodus BM1 betrieben, in dem sich die Brennstoffzelle 100 in dem wirkungsgradoptimalen Betrieb BPO befindet.A second journey begins in a fifth time interval TI5 F2 of the vehicle, which, due to driving and route conditions, such as differences in altitude, average driving speed, headwind and the like, requires a higher drive power than during the first trip F1 in the second time interval TI2, and thus the fuel cell system 1000 a higher power output PO must provide. In 8th this is simplified by a steeply falling linear course of the state of charge LZ shown. The fuel cell system 1000 is still operated in the first operating mode BM1, in which the fuel cell 100 in the efficiency-optimized operation BPO is located.

Aufgrund der höheren erforderlichen Antriebsleistung während der zweiten Fahrt F2 befindet sich der Ladezustand LZ des Energiespeichers 300 bereits vor Abschluss der zweiten Fahrt F2, nämlich am Ende des fünften Zeitintervalls TI5, an seinem unteren Ladezustand LZL. Damit sich der Energiespeicher 300 nicht weiter entleert und insbesondere keinen - möglicherweise für den Energiespeicher schädlichen - minimalen Ladezustand LZMIN erreicht, wird die Steuereinrichtung 400 während eines sechsten Zeitraums TI6 die Brennstoffzelle 100 in einem dritten Betriebsmodus BM3 in einen Regenerations-Betrieb BPR auf eine Regenerations-Brennstoffzellen-Leistung PBR umgeschaltet, in dem die Brennstoffzelle 100 mehr Leistung produziert, als für den Antrieb des Fahrzeugs benötigt wird, sodass über den Antrieb des Fahrzeugs hinaus der Energiespeicher 300 während der Fahrt F2 aufgeladen werden kann. Die Regenerations-Brennstoffzellen-Leistung PBR liegt somit oberhalb der wirkungsgradoptimalen Brennstoffzellen-Leistung PBO. Bei der Regenerations-Brennstoffzellen-Leistung PBR ist also der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle 100 nicht so hoch wie bei der wirkungsgradoptimalen Brennstoffzellen-Leistung PBO, jedoch ist die absolute elektrische Ausgangsleistung der Brennstoffzelle 100 höher. Am Ende des sechsten Zeitintervalls TI6 ist der Energiespeicher 300 wieder bis zum oberen Ladezustand LZH geladen. Die zweite Fahrt F2 ist auch an diesem Zeitpunkt mit Erreichen des Zielzustands ZZ2 in Form der Soll-Position SP2 beendet.Due to the higher drive power required during the second trip F2 is the state of charge LZ of the energy storage 300 before the end of the second trip F2 , namely at the end of the fifth time interval TI5, at its lower state of charge LZL . So that the energy storage 300 not further emptied and in particular no - possibly harmful to the energy storage - minimal state of charge LZMIN reached, the control device 400 the fuel cell during a sixth time period TI6 100 in a third operating mode BM3 in a regeneration mode BPR on a regeneration fuel cell power PBR switched in which the fuel cell 100 produces more power than is required to drive the vehicle, so that the energy storage device goes beyond driving the vehicle 300 while driving F2 can be charged. The regeneration fuel cell performance PBR is thus above the efficiency-optimized fuel cell output PBO . With the regeneration fuel cell performance PBR is the efficiency of the fuel cell 100 not as high as with the optimal efficiency fuel cell output PBO , however, is the absolute electrical output of the fuel cell 100 higher. The energy store is at the end of the sixth time interval TI6 300 again up to the upper state of charge LZH loaded. The second trip F2 is also at this point in time when the target state ZZ2 is reached in the form of the target position SP2 completed.

In einem siebten Zeitintervall TI7 werden drei verschiedene mögliche Betriebsmodi BM des Brennstoffzellensystems 1000 in einem jeweils unterschiedlichen Betrieb BP der Brennstoffzelle 100 vergleichend dargestellt. Grundlage ist eine Vergleichsfahrt F2', die denselben Fahrt- und Streckenbedingungen wie die zweite Fahrt F2 unterliegt. Für die gesamte Vergleichsfahrt F2' wird eine Energiemenge EZZ für eine zu erwartende, verbleibende Fahrtzeit TV benötigt. Die Energiemenge EZZ entspricht für jeden der drei Betriebsmodi BM der Fläche unter dem jeweiligen Verlauf des Ladezustands LZ im Sinne eines Integrals. Würde die Vergleichsfahrt F2' im Ruhe-Betriebsmodus BM0 betrieben, bei dem sich die Brennstoffzelle 100 in ihrem Ruhe-Betrieb BPN befindet, würde der Ladezustand LZ bereits zu einem Zeitpunkt T7.1 den unteren Ladezustand LZL erreichen. Das Brennstoffzellensystem 1000 müsste daher, damit das Fahrzeug weiterfahren kann, beispielsweise wie im sechsten Zeitintervall TI6 in den dritten Betriebsmodus BM3 schalten, in dem die Brennstoffzelle 100 in dem Regenerations-Betrieb BPR betrieben wird.In a seventh time interval TI7 there are three different possible operating modes BM of the fuel cell system 1000 in a different company BP the fuel cell 100 shown comparatively. The basis is a comparison drive F2 ' that have the same trip and route conditions as the second trip F2 subject. For the entire comparison drive F2 ' becomes an amount of energy EZZ for an expected remaining driving time TV needed. The amount of energy EZZ corresponds to each of the three operating modes BM the area under the respective course of the state of charge LZ in the sense of an integral. Would the comparison drive F2 ' in idle operating mode BM0 operated in which the fuel cell 100 in their idle mode BPN would be the state of charge LZ the lower state of charge already at a point in time T7.1 LZL to reach. The fuel cell system 1000 would therefore have to switch to the third operating mode BM3, in which the fuel cell, so that the vehicle can continue to drive, for example, as in the sixth time interval TI6 100 in the regeneration mode BPR is operated.

Auch im ersten Betriebsmodus BM1, in dem die Brennstoffzelle 100 im wirkungsgradoptimalen Betrieb BPO betrieben wird, ist die benötigte Energiemenge EZZ noch zu groß, um die Vergleichsfahrt F2' vollständig mit der Kapazität des Energiespeichers 300 zu bewerkstelligen. Auch hier erreicht der Ladezustand LZ der Batterie 300 bereits vor Beendigung der Vergleichsfahrt F2' an einem Zeitpunkt T7.2 den unteren Ladezustand LZL. Analog zum vorherigen Beispiel müsste auch hier, um die Fahrt weiterzuführen, der Betriebsmodus BM entsprechend gewechselt werden.Even in the first operating mode BM1, in which the fuel cell 100 in optimal efficiency operation BPO is the amount of energy required EZZ still too big to make the comparison trip F2 ' completely with the capacity of the energy store 300 to accomplish. Here, too, the state of charge reaches LZ the battery 300 before the end of the comparison drive F2 ' the lower state of charge at a point in time T7.2 LZL . Analogous to the previous one An example would also have to be the operating mode in order to continue the journey BM be changed accordingly.

Ein verbesserter Ansatz, wie er auch in 5 beschrieben ist, ist hier in 9 in einem vierten Betriebsmodus BM4 dargestellt. In diesem vierten Betriebsmodus BM4 wird zu Beginn der Vergleichsfahrt F2' aufgrund der Kenntnis über die bevorstehende Fahrt (insbesondere auf Basis von Daten eines Navigationsgeräts des Fahrzeugs) ein prognostiziertes Leistungsprofil PLP erstellt, das sämtliche relevante, zu erwartende Fahrt- und Streckenbedingungen berücksichtigt. Auf Basis des prognostizierten Leistungsprofil PLP kann - optional unter zusätzlicher Berücksichtigung einer bestimmten zusätzlichen Energiemenge EZZS als Sicherheitspuffer - die benötigte Energiemenge EZZ im Voraus abgeschätzt werden.An improved approach, just like the one in 5 is described here in 9 shown in a fourth operating mode BM4. In this fourth operating mode BM4, the comparison travel is started F2 ' a predicted performance profile based on the knowledge of the upcoming trip (in particular based on data from a navigation device of the vehicle) PLP that takes into account all relevant, expected driving and route conditions. On the basis of the forecast performance profile PLP can - optionally taking into account a certain additional amount of energy EZZS as a safety buffer - the required amount of energy EZZ must be estimated in advance.

Durch die Kenntnis über die für die Vergleichsfahrt F2' - zum Erreichen des Zielzustands ZZ2' in Form der Soll-Position SP2' - erforderliche Energiemenge EZZ kann nun die Steuereinrichtung 400 eine herabgesetzte Brennstoffzellen-Leistung PA für einen wirkungsgradverbesserten Betrieb BPA der Brennstoffzelle 100 durch ermittelt werden, bei dem die Kapazität des hier als Batterie 302 ausgebildeten Energiespeichers 300 - insbesondere unter Berücksichtigung des aktuellen Ladezustands LZ - hinreichend genau ausreicht. Auch wenn bei dieser herabgesetzten Brennstoffzellen-Leistung PA die Brennstoffzelle 100 nicht in ihrem Wirkungsgrad-Optimum betrieben wird, so stellt die herabgesetzten Brennstoffzellen-Leistung PA jedoch die - unter diesen konkreten Bedingungen - auf der Kennlinie KL nächstmöglich an der wirkungsgradoptimalen Brennstoffzellen-Leistung PBO liegende Brennstoffzellen-Leistung PB dar.By knowing about the for the comparison drive F2 ' - To reach the target state ZZ2 'in the form of the target position SP2 ' - amount of energy required EZZ can now the control device 400 reduced fuel cell performance PA for improved efficiency BPA the fuel cell 100 be determined by the capacity of the battery here 302 trained energy storage 300 - especially taking into account the current state of charge LZ - suffices with sufficient accuracy. Even if with this reduced fuel cell performance PA the fuel cell 100 is not operated in its optimum efficiency, so the reduced fuel cell performance PA however - under these specific conditions - on the characteristic KL closest to the efficiency-optimized fuel cell performance PBO lying fuel cell power PB represent.

Auf diese Weise kann das Brennstoffzellensystem 1000 also vorteilhaft in einem - für einen individuellen Anwendungsfall, hier die Vergleichsfahrt F2' - größtmöglichen Wirkungsgrad der Brennstoffzelle 100 betrieben werden.In this way, the fuel cell system 1000 thus advantageous in one - for an individual application, here the comparison drive F2 ' - the greatest possible efficiency of the fuel cell 100 operate.

9 zeigt ein Fahrzeug 2000 mit einem Brennstoffzellensystem 1000 gemäß dem Konzept der Erfindung. Das Fahrzeug weist vier Räder 1010 auf, von denen hier zwei sichtbar sind. Vorliegend wird jedes Rad von einem Verbraucher 200 in Form eines elektrischen Antriebs 202 angetrieben. Der Sollwertgeber 500 ist vorliegend als Gaspedal 501 ausgebildet, über diesen wird eine Leistungsanforderung LA an die Steuereinrichtung 400 geleitet. Dieser generiert eine Leistungsvorgabe LV für die Brennstoffzelle 100. Die Brennstoffzelle 100 wird daraufhin in einem entsprechenden Betrieb BP betrieben, um elektrische Energie für die Antriebe 202 und den als Batterie 300 ausgebildeten Energiespeicher 300 zu erzeugen. 9 shows a vehicle 2000 with a fuel cell system 1000 according to the concept of the invention. The vehicle has four wheels 1010 of which two are visible here. In the present case, each bike is made by a consumer 200 in the form of an electric drive 202 driven. The setpoint generator 500 is present as an accelerator pedal 501 trained, over this is a performance requirement LA to the control device 400 directed. This generates a performance target LV for the fuel cell 100 . The fuel cell 100 is then in a corresponding company BP operated to provide electrical energy for the drives 202 and that as a battery 300 trained energy storage 300 to create.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100100
BrennstoffzelleFuel cell
102102
BrennstoffzellenstapelFuel cell stack
104104
Versorgungsleitungsupply line
106106
SpeicherleitungStorage line
108108
PufferleitungBuffer line
110110
SteuereingangControl input
124, 124'124, 124 '
thermische Versorgungsleitungthermal supply line
124A124A
weitere thermische Versorgungsleitungfurther thermal supply line
126126
thermische Speicherleitungthermal storage line
128128
thermische Pufferleitungthermal buffer line
130130
Fahrzeugkühl erVehicle cooler
132132
KühlleitungCooling pipe
134134
KühlmediumCooling medium
136136
WeicheSoft
138138
KühlrückleitungCooling return line
138.1, 138.2,138.1, 138.2,
erste bis dritte Kühlrückleitungfirst to third cooling return line
138.3 140138.3 140
AbgabeanschlussDelivery connection
150150
thermischer Abgabeanschlussthermal discharge connection
200200
Verbraucherconsumer
201201
elektrischer Verbraucherelectrical consumer
202202
elektrischer Antriebelectric drive
208208
RegelungsanschlussControl connection
240240
thermischer Abnehmerthermal consumer
242242
KlimagerätAir conditioner
244244
Heizungheater
246246
KältemaschineChiller
248248
Abnehmer-SteueranschlussConsumer control connection
250250
HauptwärmetauscherMain heat exchanger
252252
GerätwärmetauscherUnit heat exchanger
254254
Klimaanlageair conditioning
260260
HauptkreislaufMain circuit
262262
GerätkreislaufDevice circuit
264264
KaltluftleitungCold air duct
300300
EnergiespeicherEnergy storage
302302
Batteriebattery
304304
WärmespeicherHeat storage
306306
MessanschlussMeasuring connection
326326
Speicher-MessanschlussStorage measurement connection
400, 400',400, 400 ',
SteuereinrichtungControl device
400'' 402400 '' 402
SteuereingangControl input
404404
MesseingangFair input
406406
SteuerausgangControl output
408408
RegelungsausgangControl output
410410
zweiter Steuereingangsecond control input
420420
Vorausschauender Beobachter, PrognoseeinheitForward-looking observer, forecasting unit
422422
ProfilgeneratorProfile generator
424424
EnergiebestimmungseinheitEnergy determination unit
426426
VorgabeeinheitDefault unit
428428
Regelungs-SignalgeneratorControl signal generator
440440
MesseinheitMeasuring unit
450450
Navigationsgerätnavigation device
460460
ProfilspeicherProfile memory
500500
SollwertgeberSetpoint generator
501501
Gaspedalaccelerator
502502
Automatisierter FahrreglerAutomated speed controller
521521
Thermostatthermostat
522522
Klimaanlagen-RegelgerätAir conditioning control device
1000, 1000',1000, 1000 ',
BrennstoffzellensystemFuel cell system
1000" 10101000 "1010
Radwheel
20002000
Fahrzeugvehicle
3000,3000'3000.3000 '
KlimasystemClimate system
AIRAIR
Luftair
AIRRESAIRRES
RestluftResidual air
ASAS
AntriebssignalDrive signal
BMBM
Betriebsmodusoperation mode
BM0BM0
Ruhe-BetriebsmodusIdle operating mode
BM1-4BM1-4
erster bis vierter Betriebsmodusfirst to fourth operating mode
BPBP
Betrieb der BrennstroffzelleOperation of the fuel cell
BPABPA
wirkungsgrad-verbesserter Betriebefficiency-improved operation
BPNBPN
Ruhe-BetriebIdle mode
BPOBPO
wirkungsgradoptimaler Betriebefficiency-optimized operation
BPKBPK
leistungsnominaler Betriebperformance nominal operation
BPRBPR
Regenerations-BetriebRegeneration operation
DD.
Antriebdrive
EE.
Energie, von der Brennstoffzelle erzeugte EnergiemengeEnergy, amount of energy generated by the fuel cell
EEEE
elektrische Energie, elektrische Energiemengeelectrical energy, amount of electrical energy
EMEM
im Energiespeicher gespeicherte Energiemenge, SpeicherenergiemengeAmount of energy stored in the energy store, amount of stored energy
EMTEMT
thermische Speicherenergiemengethermal amount of storage energy
ETET
thermische Energiemengethermal amount of energy
ESIT
EnergiespeicherEnergy storage
EZZEZZ
Zum Erreichen eines Zielzustands benötigte Energiemenge, EnergiehorizontAmount of energy required to achieve a target state, energy horizon
FF.
Fahrtjourney
F1, F2F1, F2
erste, zweite Fahrtfirst, second trip
F2'F2 '
VergleichsfahrtComparison trip
H2H2
Wasserstoffhydrogen
H20H20
Wasserwater
HZHZ
Heizungheater
IDID
Ist-Datum, Ist-DatenActual date, actual dates
IPIP
Ist-PositionActual position
KLKL
WirkungsgradkennlinieEfficiency curve
KMKM
KältemaschineChiller
LALA
LeistungsanforderungPerformance requirement
LVLV
LeistungsvorgabePerformance specification
LZLZ
LadezustandState of charge
LZTLZT
thermischer Ladezustandthermal state of charge
LZHLZH
oberer Ladezustandupper state of charge
LZLLZL
unterer Ladezustandlower charge level
LZMAXLZMAX
Maximaler LadezustandMaximum charge level
LZMINLZMIN
Minimaler LadezustandMinimum charge level
0202
Sauerstoffoxygen
PP
RuhezustandHibernation
P1, P2, P3P1, P2, P3
erste bis dritte Weichenstellungfirst to third course setting
PAPA
herabgesetzte Brennstoffzellen-Leistungreduced fuel cell performance
PANPAN
AnpassbetragAdjustment amount
PBPB
Brennstoffzellen-LeistungFuel cell performance
PBOPBO
wirkungsgradoptimale Brennstoffzellen-LeistungEfficiency-optimized fuel cell performance
PBRPBR
Regenerations-Brennstoffzellen-LeistungRegeneration fuel cell performance
PBTPBT
thermische Brennstoffzellen-Leistungthermal fuel cell performance
PDPD
Profildatum, ProfildatenProfile date, profile data
PFPF
FahrzeugprofilVehicle profile
PFPPFP
Prognostiziertes FahrprofilPredicted driving profile
PLPPLP
Prognostiziertes LeistungsprofilPredicted performance profile
PKPK
Ausgangs-Brennstoffzellen-LeistungOutput fuel cell power
PBKPBK
leistungsnominale Brennstoffzellen-Leistung power-nominal fuel cell power
PMPM
MaschinenprofilMachine profile
PNPN
Nutzerprofil User profile
POPO
LeistungsabgabePower output
PSPS
Speicher-LeistungMemory performance
PSTPST
thermische Speicher-Leistungthermal storage capacity
PTPT
thermische Leistungsabgabe thermal power output
PRELPREL
Relative NominalleistungRelative nominal power
RF1RF1
RückführungspunktReturn point
RSRS
Regelungs-SignalControl signal
S1 - S4S1 - S4
erster bis vierter Schritt des ersten Verfahrensablaufsfirst to fourth step of the first process sequence
S11 - S14S11 - S14
erster bis vierter Schritt des zweiten Verfahrensablaufsfirst to fourth step of the second process sequence
SDSD
Soll-Datum, Soll-DatenTarget date, target data
SPSP
Soll-PositionTarget position
SP1, SP2, SP2'SP1, SP2, SP2 '
erste, zweite Soll-Positionfirst, second target position
SRSR
Soll-RouteTarget route
SRSSRS
Soll-Routen-SegmentTarget route segment
SSPSSP
Segment-Soll-PositionTarget segment position
TT
Zeitpunkttime
TITI
ZeitintervallTime interval
TI1 - TI7TI1 - TI7
erstes bis siebtes Zeitintervallfirst to seventh time interval
TVTV
zu erwartende, verbleibende Fahrtzeitexpected remaining driving time
UDUD
UmgebungsdatenEnvironmental data
V1, V2V1, V2
erste, zweite Verzweigung des ersten Verfahrensablaufsfirst, second branch of the first process sequence
V11V11
Verzweigung des zweiten VerfahrensablaufsBranch of the second process sequence
WDWD
Wetterdatum, WetterdatenWeather date, weather data
WGFlat share
WirkungsgradEfficiency

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 2491612 B1 [0004]EP 2491612 B1 [0004]

Claims (27)

Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") zum Bereitstellen einer Leistungsabgabe (PO), aufweisend: - eine Brennstoffzelle (100) zum Erzeugen einer Energiemenge (E, EE, ET) für die Leistungsabgabe (PO) und - einen Energiespeicher (300) zum Speichern der Energiemenge (E, EE, ET), - eine Steuereinrichtung (400, 400', 400") zum Steuern der Brennstoffzelle (100), die ausgebildet ist eine Leistungsvorgabe (LV) für die Brennstoffzelle (100) zum Steuern der Leistungsabgabe (PO) vorzugeben, wobei - der Brennstoffzelle (100) ein Wirkungsgrad (WG) in Abhängigkeit einer Brennstoffzellen-Leistung (PB) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - für einen wirkungsgrad-verbesserten Betrieb (BPA) die Leistungsvorgabe (LV) abhängig vom Ladezustand (LZ) des Energiespeichers (300) ist.Fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") for providing a power output (PO), comprising: - a fuel cell (100) for generating an amount of energy (E, EE, ET) for the power output (PO) and - an energy store (300) for storing the amount of energy (E, EE, ET), a control device (400, 400 ', 400 ") for controlling the fuel cell (100), which is designed to provide a power specification (LV) for the fuel cell (100) for controlling the power output (PO), wherein - the fuel cell (100) is assigned an efficiency (WG) as a function of a fuel cell output (PB), characterized in that - for an efficiency-improved operation (BPA) the output specification (LV) is dependent on State of charge (LZ) of the energy store (300). Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Steuereinrichtung (400, 400', 400") Wertangaben zum Wirkungsgrad (WG), insbesondere als eine Kennlinie (KL), in Abhängigkeit der Brennstoffzellen-Leistung (PB) bereitgestellt sind.Fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to Claim 1 , characterized in that for the control device (400, 400 ', 400 ") value specifications for the efficiency (WG), in particular as a characteristic curve (KL), are provided as a function of the fuel cell output (PB). Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den wirkungsgrad-verbesserten Betrieb (BPA) die Leistungsvorgabe (LV) eine herabgesetzte Brennstoffzellen-Leistung (PA) vorgibt, der ein erhöhter Wirkungsgrad (WG) entspricht gemäß der Wertangaben, insbesondere die Leistungsvorgabe (LV) eine gegenüber der vollen (100%) relativen Nominalleistung (PREL) oder aktuellen (<100% PREL) Leistung herabgesetzte Brennstoffzellen-Leistung (PA) derart vorgibt, dass der Wirkungsgrad (WG) gemäß der Wertangaben erhöht ist gegenüber dem Wirkungsgrad bei Nominalleistung (PREL) oder dem aktuellen Wirkungsgrad.Fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to Claim 1 or 2 , characterized in that for the efficiency-improved operation (BPA) the power specification (LV) specifies a reduced fuel cell power (PA), which corresponds to an increased efficiency (WG) according to the values, in particular the power specification (LV) compared to the full (100%) relative nominal power (PREL) or current (<100% PREL) power reduced fuel cell power (PA) so that the efficiency (WG) is increased according to the values compared to the efficiency at nominal power (PREL) or the current efficiency. Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dassein Anpassbetrag (PAN) der herabgesetzten Brennstoffzellen-Leistung (PA) abhängig vom Ladezustand (LZ) des Energiespeichers (300) ist.Fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to Claim 3 , characterized in that an adjustment amount (PAN) of the reduced fuel cell power (PA) is dependent on the state of charge (LZ) of the energy store (300). Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsvorgabe (LV) für den wirkungsgrad-verbesserten Betrieb (BPA) bestimmt wird, wenn der Ladezustand (LZ) des Energiespeichers (300) oberhalb eines unteren Ladezustands (LZL) und/oder unterhalb eines oberen Ladezustands (LZH) liegt.Fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to one of the preceding claims, characterized in that the output specification (LV) for the efficiency-improved operation (BPA) is determined when the state of charge (LZ) of the energy store (300) is above a lower state of charge (LZL) and / or below an upper state of charge (LZH). Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (400, 400', 400") in dem Betrieb ausgebildet ist, eine Leistungsanforderung (LA) anzunehmen.Fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (400, 400', 400") is designed to accept a power request (LA) during operation. Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsvorgabe (LV) für den wirkungsgrad-verbesserten Betrieb (BPA) in Abhängigkeit eines Ladezustands (LZ) des Energiespeichers (300) derart erfolgt, dass die Leistungsabgabe (PO) der Leistungsanforderung (LA) entspricht.Fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to Claim 6 , characterized in that the output specification (LV) for the efficiency-improved operation (BPA) takes place as a function of a state of charge (LZ) of the energy store (300) in such a way that the power output (PO) corresponds to the power requirement (LA). Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Leistungsvorgabe (LV) für den wirkungsgradverbesserten Betrieb (BPA) derart erfolgt, dass sich die Leistungsanforderung (LA) aus der Leistungsvorgabe (LV) und dem Ladezustand (LZ) des Energiespeichers (300) ergibt.Fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to Claim 6 or 7th , characterized in that the determination of the output specification (LV) for the efficiency-improved operation (BPA) takes place in such a way that the performance requirement (LA) results from the output specification (LV) and the state of charge (LZ) of the energy store (300). Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Leistungsvorgabe (LV) für den wirkungsgradverbesserten Betrieb (BPA) derart erfolgt, dass sich eine zum Erreichen eines Zielzustands (ZZ) benötigte Ziel-Energiemenge (EZZ) für einen in der Zukunft liegenden Prognosezeitraum (TP) aus der Leistungsvorgabe (LV) und dem Ladezustand (LZ) des Energiespeichers (300) ergibt.Fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to one of the preceding claims, characterized in that the determination of the output specification (LV) for the efficiency-improved operation (BPA) takes place in such a way that a target required to achieve a target state (ZZ) Amount of energy (EZZ) for a forecast period (TP) in the future from the output specification (LV) and the state of charge (LZ) of the energy store (300). Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Leistungsvorgabe (LV) derart erfolgt, dass die Ziel-Energiemenge (EZZ) in Abhängigkeit eines prognostizierten Leistungsprofils (PLP), insbesondere eines prognostizierten Fahrprofils (PFP), zu bestimmen.Fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to Claim 9 , characterized in that the power specification (LV) is determined in such a way that the target amount of energy (EZZ) is determined as a function of a predicted power profile (PLP), in particular a predicted driving profile (PFP). Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Leistungsvorgabe (LV) derart erfolgt, dass das prognostizierte Leistungsprofil (PLP) auf Basis einer oder mehrerer Ist-Daten (ID), insbesondere einer Ist-Position (IP), und einem oder mehreren Soll-Daten (SD), insbesondere einer oder mehrerer Soll-Positionen (SP) oder Segment-Soll-Positionen (SSP), berechnet wird.Fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to Claim 7 , characterized in that the performance specification (LV) is determined in such a way that the predicted performance profile (PLP) is based on one or more actual data (ID), in particular an actual position (IP), and one or more target data (SD), in particular one or more target positions (SP) or segment target positions (SSP), is calculated. Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (200) ein elektrischer Antrieb (202) und der Energiespeicher (300) eine Batterie (302) ist.Fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to one of the preceding claims, characterized in that the consumer (200) is an electric drive (202) and the energy store (300) is a battery (302). Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") ausgebildet ist zum Bereitstellen einer thermischen Leistungsabgabe (PT).Fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") is designed to provide a thermal power output (PT). Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (400, 400', 400") ausgebildet ist, eine weitere Leistungsanforderung in Form einer thermischen Leistungsanforderung (LAT) anzunehmen und die Leistungsvorgabe (LV) in Abhängigkeit der thermischen Leistungsanforderung (LAT) zu bestimmen.Fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to Claim 7 , characterized in that the control device (400, 400 ', 400 ") is designed to accept a further performance requirement in the form of a thermal performance requirement (LAT) and to determine the performance specification (LV) as a function of the thermal performance requirement (LAT). Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach Anspruch 7 oder 8, weiter aufweisend einen als Wärmespeicher (304) ausgebildeten Energiespeicher (300).Fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to Claim 7 or 8th , further comprising an energy store (300) designed as a heat store (304). Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (400, 400', 400") ausgebildet ist, die Leistungsvorgabe (LV) bevorzugt in einem Bereich zwischen 5 % und 15 %, besonders bevorzugt bei 10 %, der Brennstoffzellen-Leistung (PB) vorzugeben.Fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (400, 400', 400") is designed, the output specification (LV) preferably in a range between 5% and 15%, particularly preferably at 10% of the fuel cell power (PB). Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellensystems (1000, 1000', 1000"), insbesondere eines Brennstoffzellensystems (1000, 1000', 1000") zum Bereitstellen einer Leistungsabgabe (PO) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Brennstoffzellensystem aufweist: - eine Brennstoffzelle (100) zum Erzeugen einer Energiemenge (E, EE, EM, ET) für die Leistungsabgabe (PO) und einen Energiespeicher (300) zum Speichern der Energiemenge (E, EE, ET), - eine Steuereinrichtung (400, 400', 400"), die ausgebildet ist in einem Betrieb zum Steuern der Brennstoffzelle (100), wobei - der Brennstoffzelle (100) ein Wirkungsgrad (WG) in Abhängigkeit einer Brennstoffzellen-Leistung (PB) zugeordnet ist, und das Verfahren den Schritt aufweist: - Vorgeben einer Leistungsvorgabe (LV) für die Brennstoffzelle (100) zum Steuern der Leistungsabgabe (PO), dadurch gekennzeichnet, dass - für einen wirkungsgrad-verbesserten Betrieb (BPA) die Leistungsvorgabe (LV) abhängig vom Ladezustand (LZ) des Energiespeichers (300) erfolgt.Method for operating a fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 "), in particular a fuel cell system (1000, 1000', 1000") for providing a power output (PO) according to one of the Claims 1 to 16 , wherein the fuel cell system has: - a fuel cell (100) for generating an amount of energy (E, EE, EM, ET) for the power output (PO) and an energy store (300) for storing the amount of energy (E, EE, ET), a control device (400, 400 ', 400 ") which is designed in an operation to control the fuel cell (100), wherein - the fuel cell (100) is assigned an efficiency (WG) as a function of a fuel cell output (PB), and the method comprises the step of: - specifying a power specification (LV) for the fuel cell (100) for controlling the power output (PO), characterized in that - for an efficiency-improved operation (BPA) the power specification (LV) is dependent on the state of charge (LZ) of the energy store (300) takes place. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass für die Steuereinrichtung (400, 400', 400") Wertangaben zum Wirkungsgrad (WG), insbesondere als eine Kennlinie (KL), in Abhängigkeit der Brennstoffzellen-Leistung (PB) bereitgestellt werden.Procedure according to Claim 17 , characterized in that for the control device (400, 400 ', 400 ") value information on the efficiency (WG), in particular as a characteristic curve (KL), depending on the fuel cell output (PB) is provided. Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den wirkungsgrad-verbesserten Betrieb (BPA) die Leistungsvorgabe (LV) eine herabgesetzte Brennstoffzellen-Leistung (PA) vorgibt, der ein erhöhter Wirkungsgrad (WG) entspricht gemäß der Wertangaben, insbesondere die Leistungsvorgabe (LV) eine gegenüber der vollen (100%) relativen Nominalleistung (PREL) oder aktuellen (<100% PREL) Leistung herabgesetzte Brennstoffzellen-Leistung (PA) derart vorgibt, dass der Wirkungsgrad (WG) gemäß der Wertangaben erhöht ist gegenüber dem Wirkungsgrad bei Nominalleistung (PREL) oder dem aktuellen Wirkungsgrad.Fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to Claim 1 or 2 , characterized in that for the efficiency-improved operation (BPA) the power specification (LV) specifies a reduced fuel cell power (PA), which corresponds to an increased efficiency (WG) according to the values, in particular the power specification (LV) compared to the full (100%) relative nominal power (PREL) or current (<100% PREL) power reduced fuel cell power (PA) so that the efficiency (WG) is increased according to the values compared to the efficiency at nominal power (PREL) or the current efficiency. Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anpassbetrag (PAN) der herabgesetzten Brennstoffzellen-Leistung (PA) abhängig vom Ladezustand (LZ) des Energiespeichers (300) ist.Fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to Claim 19 , characterized in that an adjustment amount (PAN) of the reduced fuel cell output (PA) is dependent on the state of charge (LZ) of the energy store (300). Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsvorgabe (LV) in Abhängigkeit der Leistungsanforderung (LA) bestimmt wird.Method according to one of the Claims 17 to 20th , characterized in that the performance specification (LV) is determined as a function of the performance requirement (LA). Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsvorgabe (LV) bestimmt wird, dass eine zum Erreichen eines Zielzustands (ZZ) benötigte Ziel-Energiemenge (EZZ) für einen in der Zukunft liegenden Prognosezeitraum (TP) erfüllt wird.Method according to one of the Claims 17 to 21 , characterized in that the performance specification (LV) is determined that a target amount of energy (EZZ) required to achieve a target state (ZZ) is met for a forecast period (TP) in the future. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziel-Energiemenge (EZZ) in Abhängigkeit eines prognostizierten Leistungsprofils (PLP), insbesondere eines prognostizierten Fahrprofils (PFP), bestimmt wird.Method according to one of the Claims 17 to 22nd , characterized in that the target amount of energy (EZZ) is determined as a function of a predicted performance profile (PLP), in particular a predicted driving profile (PFP). Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das prognostizierte Leistungsprofil (PLP) auf Basis einer oder mehrerer Ist-Daten (ID), insbesondere einer Ist-Position (IP), und einem oder mehreren Soll-Daten (SD), insbesondere einer oder mehrerer Soll-Positionen (SP) oder Segment-Soll-Positionen (SSP), berechnet wird.Method according to one of the Claims 17 to 23 , characterized in that the predicted performance profile (PLP) is based on one or more actual data (ID), in particular an actual position (IP), and one or more target data (SD), in particular one or more target positions (SP) or segment target positions (SSP), is calculated. Fahrzeug (2000) mit einem Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach einem der Ansprüche 1 bis 16 und einem als elektrischer Antrieb (202) ausgebildeten Verbraucher (200).Vehicle (2000) with a fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to one of the Claims 1 to 16 and a consumer (200) designed as an electric drive (202). Fahrzeug (2000) nach Anspruch 25, weiter aufweisend einen thermischen Abnehmer (240).Vehicle (2000) according to Claim 25 , further comprising a thermal collector (240). Klimasystem (3000) mit einem Brennstoffzellensystem (1000, 1000', 1000") nach einem der Ansprüche 1 bis 16 und einem thermischen Abnehmer (240).Air conditioning system (3000) with a fuel cell system (1000, 1000 ', 1000 ") according to one of the Claims 1 to 16 and a thermal pickup (240).
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