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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, sowie ein elektrisches Antriebssystem mit einem solchen Brennstoffzellensystem. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Bren nstoffzellensystems.
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Stand der Technik
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Für Elektrofahrzeuge sind neben rein batterieelektrischen Antriebssystemen auch Systeme mit einer Brennstoffzelle bekannt. Für einen Brennstoffzellenantrieb wird die Brennstoffzelle üblicherweise mit einer Batterie kombiniert. Hierbei müssen die unterschiedlichen Spannungsniveaus der von der Batterie bereitgestellten elektrischen Spannung und der elektrischen Spannung von der Brennstoffzelle angepasst werden.
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Die Druckschrift
DE 10 2017 222 019 A1 beschreibt ein elektrisches Antriebssystem mit einer Batterie und einer Brennstoffzelle. Ein Drei-Level-Umrichter steuert den Energiefluss von der Batterie und der Brennstoffzelle, um eine elektrische Maschine zu betreiben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung offenbart ein Brennstoffzellensystem, ein elektrisches Antriebssystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Demgemäß ist vorgesehen:
- Ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzellenanordnung, einem elektrischen Energiespeicher und einem Gleichspannungswandler. Die Brennstoffzellenanordnung umfasst mehrere Brennstoffzellen. Die Brennstoffzellenanordnung ist dazu ausgelegt, elektrische Energie in einem vorbestimmten ersten Spannungsbereich bereitzustellen. Der elektrische Energiespeicher umfasst mehrere Batteriezellen. Der elektrische Energiespeicher ist dazu ausgelegt, elektrische Energie in einem vorbestimmten zweiten Spannungsbereich bereitzustellen. Der Gleichspannungswandler ist dazu ausgelegt, eine von der Brennstoffzellenanordnung bereitgestellte elektrische Spannung auf eine elektrische Spannung anzuheben, die von dem elektrischen Energiespeicher bereitgestellt wird. Die maximale elektrische Spannung des ersten Spannungsbereiches, also des Spannungsbereiches, in dem die Brennstoffzellenanordnung elektrische Energie bereitstellen kann, ist hierbei größer als die minimale elektrische Spannung des zweiten Spannungsbereiches, also dem elektrischen Spannungsbereich, in dem der elektrische Energiespeicher elektrische Energie bereitstellen kann. Mit anderen Worten, der erste und der zweite Spannungsbereich überlappen sich.
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Weiterhin ist vorgesehen:
- Ein elektrisches Antriebssystem mit einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem, einer elektrischen Maschine und einem Stromrichter. Der Stromrichter ist dazu ausgelegt, die elektrische Maschine unter Verwendung einer von dem Brennstoffzellensystem bereitgestellten elektrischen Spannung anzusteuern.
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Schließlich ist vorgesehen:
- Ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Bereitstellen einer ersten elektrischen Spannung mittels einer Brennstoffzellenanordnung. Die Brennstoffzellenanordnung ist dabei dazu ausgelegt, eine elektrische Spannung in einem ersten Spannungsbereich bereitzustellen. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt zum Bereitstellen einer zweiten elektrischen Spannung von einem elektrischen Energiespeicher. Der elektrische Energiespeicher ist hierbei dazu ausgelegt, eine elektrische Spannung in einem zweiten Spannungsbereich bereitzustellen. Schließlich umfasst das Verfahren einen Schritt zum Anheben der von der Brennstoffzellenanordnung bereitgestellten ersten elektrischen Spannung auf ein Spannungsniveau, das der von dem elektrischen Energiespeicher bereitgestellten zweiten elektrischen Spannung entspricht. Insbesondere ist hierbei die maximale elektrische Spannung des ersten Spannungsbereiches größer als die minimale elektrische Spannung des zweiten Spannungsbereiches. Mit anderen Worten, die von der Brennstoffzellenanordnung maximal bereitstellbare elektrische Spannung ist größer als die von dem elektrischen Energiespeicher bereitstellbare Minimalspannung. Somit überlappen sich der erste Spannungsbereich der Brennstoffzellenanordnung und der zweite Spannungsbereich des elektrischen Energiespeichers.
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Vorteile der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Brennstoffzellensystem, wie es beispielsweise für die Speisung eines elektrischen Antriebssystems genutzt werden kann, die Brennstoffzellenanordnung und ein zusätzlich erforderlicher elektrischer Energiespeicher in der Regel elektrische Energie mit unterschiedlichen Spannungen bereitstellen. Daher müssen die von der Brennstoffzelle bereitgestellte elektrische Spannung und die von der Batterie bereitgestellte elektrische Spannung aufeinander angeglichen werden.
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Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine möglichst einfache und effiziente Anpassung der elektrischen Spannung einer Brennstoffzelle und der elektrischen Spannung von einer Batterie bereitzustellen.
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Hierzu ist es insbesondere vorgesehen, für die Anpassung der Spannungsniveaus von Brennstoffzelle und Batterie einen möglichst einfachen und kostengünstigen Spannungswandler einzusetzen. Beispielsweise kann ein unidirektionaler Aufwärtswandler eingesetzt werden. Ein derartiger Spannungswandler kann relativ einfach und kostengünstig implementiert werden.
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Da ein solch einfacher Spannungswandler jedoch die elektrische Spannung nur anheben, aber nicht absenken kann, sollte die elektrische Spannung der Brennstoffzelle die elektrische Spannung von der Batterie nicht überschreiten. Hierdurch ergeben sich relativ strenge Vorschriften für die Auslegung der Brennstoffzelle und der Batterie.
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Es ist daher eine weitere Idee der vorliegenden Erfindung, für die Dimensionierung der Brennstoffzelle und der Batterie überlappende Spannungsbereiche zuzulassen. Auf diese Weise ist eine großzügigere Dimensionierung der Brennstoffzelle und/oder des elektrischen Energiespeichers möglich. Einem Überschreiten der elektrischen Spannung von der Brennstoffzelle über die elektrische Spannung von der Batterie kann dabei mittels weiterer Maßnahmen entgegengewirkt werden.
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Auf diese Weise kann einerseits das Spannungsniveau von Brennstoffzelle und Batterie auf einfache und kostengünstige Weise angeglichen werden. Darüber hinaus kann durch eine Dimensionierung mit überlappenden Spannungsbereichen für Brennstoffzelle und Batterie das System entsprechend großzügiger und leistungsstärker ausgeführt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Gleichspannungswandler einen Aufwärtswandler. Insbesondere kann es sich bei dem Gleichspannungswandler um einen unidirektionalen Aufwärtswandler handeln. Ein Aufwärtswandler konvertiert eine am Eingang anliegende niedrigere elektrische Spannung auf eine elektrische Spannung mit einem höheren Spannungsniveau. Entsprechend darf die elektrische Spannung am Eingang des Aufwärtswandlers nicht größer sein als die am Ausgang auszugebende elektrische Spannung. Derartige Aufwärtswandler lassen sich relativ einfach realisieren. Insbesondere lassen sich Aufwärtswandler einfacher realisieren, als komplexe Spannungswandler, welche eine am Eingang anliegende elektrische Spannung sowohl anheben als auch absenken können. Ein unidirektionaler Spannungswandler konvertiert eine am Eingang anliegende elektrische Spannung in eine vorbestimmte Spannung, welche am Ausgang bereitgestellt wird. Im Gegensatz hierzu sind auch bidirektionale Spannungswandler bekannt, welche zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss in beliebiger Richtung eine elektrische Spannung konvertieren können. Unidirektionale Spannungswandler sind dabei einfacher und kostengünstiger zu realisieren als bidirektionale Spannungswandler.
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Gemäß einer Ausführungsform entspricht die maximale elektrische Spannung des ersten Spannungsbereiches, also des Spannungsbereiches, in welchem die Brennstoffzellenanordnung eine elektrische Spannung bereitstellen kann, in etwa einer mittleren elektrischen Spannung des zweiten Spannungsbereiches, also des Spannungsbereiches, in dem der elektrische Energiespeicher eine elektrische Spannung bereitstellen kann. Durch eine solche Wahl der Spannungsbereiche kann die Brennstoffzellenanordnung zu einem großen Teil derart betrieben werden, dass die elektrische Spannung von der Brennstoffzellenanordnung in der Regel geringer sein wird als die elektrische Spannung, welche von dem elektrischen Energiespeicher bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann das System zu einem großen Teil mit einem einfachen unidirektionalen Aufwärtswandler betrieben werden, ohne dass zusätzliche Maßnahmen zur Spannungsanpassung erforderlich sind.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Brennstoffzellenanordnung eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgelegt sein, einen Luftmassenstrom in der Brennstoffzellenanordnung einzustellen. Durch das Anpassen des Luftmassenstroms in der Brennstoffzellenanordnung, insbesondere durch das Einstellen einer der Brennstoffzellenanordnung zugeführten Sauerstoffmenge, kann die Leistung der Brennstoffzellenanordnung und somit auch die Ausgangsspannung der Brennstoffzellenanordnung angepasst werden. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass die von der Brennstoffzellenanordnung bereitgestellte elektrische Spannung stets geringer ist als die von dem elektrischen Energiespeicher bereitgestellte elektrische Spannung.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, den Luftmassenstrom zu begrenzen, wenn die von der Brennstoffzellenanordnung bereitgestellte elektrische Spannung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Insbesondere kann die Steuereinrichtung den Luftmassenstrom begrenzen, wenn die von der Brennstoffzellenanordnung bereitgestellte elektrische Spannung größer oder gleich der von dem elektrischen Energiespeicher bereitgestellten elektrischen Spannung ist. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die von der Brennstoffzellenanordnung bereitgestellte elektrische Spannung stets unterhalb der von dem elektrischen Energiespeicher bereitgestellten elektrischen Spannung liegt und somit der Gleichspannungswandler als Aufwärtswandler arbeiten kann.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Steuereinrichtung einen Luftverdichter. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinrichtung einen Luftbypass umfassen. Durch einen Luftverdichter oder einen Luftbypass kann der Luftmassenstrom und insbesondere die Sauerstoffzufuhr zu den Brennstoffzellen sehr präzise eingestellt werden. Auf diese Weise kann auch die Leistung der Brennstoffzellenanordnung und somit die Ausgangsspannung der Brennstoffzellenanordnung sehr genau eingestellt werden.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann dabei auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:
- 1: eine Darstellung eines Prinzipschaubilds eines elektrischen Antriebssystems mit einem Brennstoffzellensystem gemäß einer Ausführungsform;
- 2: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaubilds eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform;
- 3: ein Ablaufdiagramm wie es einem Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt ein Prinzipschaubild zur schematischen Darstellung eines elektrischen Antriebssystems mit einem Brennstoffzellensystem 1 gemäß einer Ausführungsform. Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst eine Brennstoffzellenanordnung 10 und einen elektrischen Energiespeicher 20. Weiterhin umfasst das Brennstoffzellensystem 1 einen Gleichspannungswandler 30. Die von der Brennstoffzellenanordnung 10 bereitgestellte Ausgangsspannung kann mittels des Gleichspannungswandlers 30 auf das Spannungsniveau des elektrischen Energiespeichers 20 angehoben werden. Hierzu ist der Eingang des Gleichspannungswandlers 30 mit dem Ausgang der Brennstoffzellenanordnung 10 elektrisch verbunden. Der Ausgang des Gleichspannungswandlers 30 ist mit dem Ausgang des elektrischen Energiespeichers 20 verbunden. Entsprechend kann der Gleichspannungswandler 30 an seinem Ausgang eine elektrische Spannung bereitstellen, die der elektrischen Spannung am Ausgang des elektrischen Energiespeichers 20 entspricht.
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Bei dem elektrischen Energiespeicher 20 kann es sich beispielsweise um eine Batterie mit mehreren Batteriezellen handeln. Insbesondere können mehrere Batteriezellen in Serie geschaltet werden, um am Ausgang des elektrischen Energiespeichers 10 eine elektrische Spannung in gewünschter Höhe bereitstellen zu können. Da die elektrische Spannung zwischen den Klemmen einer Batteriezelle in Abhängigkeit von dem Ladezustand und gegebenenfalls weiteren Parametern schwanken kann, wird entsprechend auch die Ausgangsspannung des elektrischen Energiespeichers 20 innerhalb eines Spannungsbereiches schwanken, der von dem Zustand der Batteriezellen abhängt. Beispielsweise kann die elektrische Spannung eine Batteriezelle in einem Spannungsbereich zwischen 3,0 Volt und 4,3 Volt schwanken. Der Spannungsbereich am Ausgang des elektrischen Energiespeichers 20 kann daher in einem Spannungsbereich schwanken, der sich aus dem Produkt der in Serie geschalteten Batteriezellen und dem zuvor genannten Spannungsbereich ergibt. Werden beispielsweise zwölf Batteriezellen in Serie geschaltet, so kann die elektrische Spannung am Ausgang des elektrischen Energiespeichers 20 zwischen 36 und 50,4 Volt schwanken.
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Die Brennstoffzellenanordnung 10 kann ebenfalls mehrere in Serie geschaltete Brennstoffzellen umfassen. Die Ausgangsspannung einer einzelnen Brennstoffzelle kann dabei ebenfalls in Abhängigkeit von Alterungseffekten und weiteren Parametern, wie beispielsweise der Belastung der Brennstoffzellenanordnung 10, schwanken. Beispielsweise kann die Ausgangsspannung einer einzelnen Brennstoffzelle zwischen 0,65 Volt und 0,95 Volt pro Zelle schwanken. Bei einer Serienschaltung von beispielsweise 51 Zellen kann die Ausgangsspannung der Brennstoffzellenanordnung somit zwischen 33,15 Volt und 48,45 Volt schwanken.
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Bei dem Spannungswandler 30 kann es sich beispielsweise um einen unidirektionalen Spannungswandler handeln. Ein solcher unidirektionaler Spannungswandler 30 wandelt eine elektrische Spannung lediglich in einer Richtung, hier von der Brennstoffzellenanordnung 10 zu dem elektrischen Energiespeicher 20. Insbesondere kann es sich bei dem Spannungswandler 30 um einen Aufwärtswandler (Boost-Konverter) handeln. Ein solcher Aufwärtswandler wandelt eine am Eingang anliegende Eingangsspannung in eine höhere Ausgangsspannung. Somit muss die von der Brennstoffzellenanordnung 10 bereitgestellte elektrische Spannung niedriger sein, als die von dem elektrischen Energiespeicher 20 bereitgestellte elektrische Spannung. Um diese Bedingung stets zu erfüllen, muss die maximal von der Brennstoffzellenanordnung 10 bereitstellbare elektrische Spannung geringer sein, als die minimale elektrische Spannung, die von dem elektrischen Energiespeicher 20 bereitgestellt werden kann. Hierdurch wird die maximale Anzahl der in Serie geschalteten Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanordnung 10 in Bezug auf die Anzahl der in Serie geschalteten Batteriezellen des elektrischen Energiespeichers 20 begrenzt.
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Für eine höhere Anzahl von in Serie geschalteten Brennstoffzellen in der Brennstoffzellenanordnung 10 wird die zuvor beschriebene Limitierung des Spannungsbereichs der Brennstoffzellenanordnung 10 in Bezug auf den Spannungsbereich des elektrischen Energiespeichers 20 dahingehend erweitert, dass eine Überlappung der beiden Spannungsbereiche zugelassen wird. Insbesondere kann die maximale elektrische Spannung, die von der Brennstoffzellenanordnung 10 bereitgestellt werden kann, höher sein, als die minimale elektrische Spannung, die von dem elektrischen Energiespeicher 20 bereitgestellt werden kann. Beispielsweise kann die maximale elektrische Spannung der Brennstoffzellenanordnung 10 in etwa in der Mitte des Spannungsbereichs des elektrischen Energiespeichers 20 liegen.
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Solange die Ausgangsspannung der Brennstoffzellenanordnung 10 unterhalb der elektrischen Spannung liegt, die von dem elektrischen Energiespeicher 20 bereitgestellt wird, kann der Spannungswandler 30 als Aufwärtswandler die elektrische Energie von der Brennstoffzellenanordnung 10 auf das Spannungsniveau der elektrischen Spannung des elektrischen Energiespeichers 20 anheben. Insbesondere bei einem ausreichend aufgeladenen elektrischen Energiespeicher 20 und/oder einer entsprechend starken Belastung der Brennstoffzellenanordnung 10 sind die entsprechenden Rahmenbedingungen für die elektrischen Spannungen gegeben, so dass die elektrische Spannung der Brennstoffzellenanordnung 10 geringer ist als die elektrische Spannung des elektrischen Energiespeichers 20.
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Bei einer geringen Belastung und somit einer geringen Leistungsabgabe der Brennstoffzellenanordnung 10 kann, insbesondere bei einem niedrigen Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 20, die elektrische Spannung von der Brennstoffzellenanordnung 10 die elektrische Spannung des elektrischen Energiespeichers 20 übersteigen. Somit sind die Rahmenbedingungen für eine Spannungsanpassung mittels eines Aufwärtswandlers 30 nicht mehr gegeben.
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Um die Ausgangsspannung der Brennstoffzellenanordnung 10 in einem solchen Fall abzusenken, kann ein Luftmassenstrom in der Brennstoffzellenanordnung 10 begrenzt werden. Hierzu kann beispielsweise in der Brennstoffzellenanordnung 10 eine Steuervorrichtung 11 vorgesehen sein, die den Luftmassenstrom entsprechend steuert. Beispielsweise kann die Sauerstoffzufuhr in der Brennstoffzellenanordnung 10 durch die Steuereinrichtung 11 so weit herabgesetzt werden, dass die Ausgangsspannung der Brennstoffzellenanordnung 10 unter die elektrische Spannung des elektrischen Energiespeichers 20 sinkt.
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Für eine gezielte und präzise Steuerung des Luftmassenstroms, insbesondere eine Begrenzung der Sauerstoffzufuhr, kann beispielsweise der Luftmassenstrom mittels eines geeigneten Luftverdichters oder durch einen Luftbypass eingestellt werden.
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Auf diese Weise kann stets gewährleistet werden, dass die Ausgangsspannung der Brennstoffzellenanordnung 10 stets geringer ist als die von dem elektrischen Energiespeicher 20 bereitgestellte Ausgangsspannung. Somit kann die von der Brennstoffzellenanordnung 10 bereitgestellte Ausgangsspannung mittels eines einfachen und kostengünstigen unidirektionalen Aufwärtswandlers auf das Spannungsniveau des elektrischen Energiespeichers 20 angehoben werden.
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Die elektrische Spannung am Ausgang des Spannungswandlers 30 und somit die elektrische Spannung von dem elektrischen Energiespeicher 20 kann einem Stromrichter 40 zugeführt werden, der eine elektrische Maschine 50 ansteuert. Auf diese Weise kann ein elektrisches Antriebssystem realisiert werden, das sowohl von einer Brennstoffzellenanordnung 10 als auch von einem elektrischen Energiespeicher 20 gespeist werden kann. Darüber hinaus kann der elektrische Energiespeicher 20 von der Brennstoffzellenanordnung 10 über den Gleichspannungswandler 30 auch aufgeladen werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaubilds einer Brennstoffzellenanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform. Hierbei gelten für die Brennstoffzellenanordnung 1 gemäß 2 auch die bereits zuvor im Zusammenhang mit 1 gemachten Ausführungen.
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Wie in 2 in weiteren Details zu erkennen ist, kann der Gleichspannungswandler 30 als einfacher unidirektionaler Aufwärtswandler realisiert werden. Die beiden Eingangsanschlusselemente des Gleichspannungswandlers 30 sind mit korrespondierenden Anschlusselementen der Brennstoffzellenanordnung 10 verbunden. Die beiden Anschlusselemente an der Ausgangsseite des Gleichspannungswandlers sind mit dem elektrischen Energiespeicher 20 verbunden. Weiterhin können die beiden Anschlusselemente des Gleichspannungswandlers 30 auch mit weiteren Komponenten, beispielsweise dem Stromrichter 40 eines elektrischen Antriebssystems verbunden sein. Zwischen einem Anschlusselement am Eingang des Gleichspannungswandlers 30 und einem internen Knotenpunkt K ist eine Induktivität 31 vorgesehen. Weiterhin ist zwischen dem Knotenpunkt K und einem Anschlusselement am Ausgangsanschluss des Gleichspannungswandlers 30 eine Parallelschaltung aus einem Schaltelement 34 und einer Diode 35 vorgesehen. Darüber hinaus ist zwischen dem zweiten Anschlusselement des Eingangsanschlusses und dem Knotenpunkt K eine Parallelschaltung aus einem weiteren Schaltelement 32 und einer weiteren Diode 33 vorgesehen. Durch geeignetes Takten der Schaltelemente 32 und 34 kann die elektrische Spannung am Eingangsanschluss des Gleichspannungswandlers 30 auf eine höhere Spannung am Ausgangsanschluss des Gleichspannungswandlers 30 angehoben werden. Das Schaltmuster für das Takten der Schaltelemente 32 und 34 ist grundsätzlich bekannt und wird daher hier nicht näher ausgeführt.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems 1 gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Das Verfahren kann grundsätzlich beliebige Schritte umfassen, wie sie zuvor im Zusammenhang mit dem elektrischen Antriebssystem und dem Brennstoffzellensystem 1 bereits beschrieben worden sind. Analog kann auch das zuvor beschriebene Brennstoffzellensystem 1 beliebige Schritte ausführen, wie sie nachfolgend im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben werden.
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In Schritt S1 wird eine erste elektrische Spannung mittels einer Brennstoffzellenanordnung 10 bereitgestellt. Die Brennstoffzellenanordnung 10 kann dabei insbesondere eine elektrische Spannung in einem ersten Spannungsbereich bereitstellen. In Schritt S2 wird eine zweite elektrische Spannung von einem elektrischen Energiespeicher 20 bereitgestellt. Der elektrische Energiespeicher 20 kann dabei insbesondere eine elektrische Spannung in einem zweiten Spannungsbereich bereitstellen. In Schritt S3 wird die von der Brennstoffzellenanordnung 10 bereitgestellte elektrische Spannung auf die elektrische Spannung angehoben, die von dem elektrischen Energiespeicher 20 bereitgestellt wird. Das Anheben kann insbesondere mittels eines unidirektionalen Aufwärtswandlers 30 erfolgen. Insbesondere kann das Brennstoffzellensystem 1 derart ausgelegt werden, dass die maximale elektrische Spannung, die von der Brennstoffzellenanordnung 10 bereitgestellt werden kann, größer ist als die minimale elektrische Spannung, die von dem elektrischen Energiespeicher 20 bereitgestellt werden kann.
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Das Verfahren kann einen Schritt zum Begrenzen eines Luftmassenstroms in der Brennstoffzellenanordnung umfassen. Insbesondere kann der Luftmassenstrom in der Brennstoffzellenanordnung begrenzt werden, wenn die elektrische Spannung, die von der Brennstoffzellenanordnung bereitgestellt wird, einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
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Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzellenanordnung und einem elektrischen Energiespeicher, wie zum Beispiel einer Batterie. Um die elektrische Spannung, die von der Brennstoffzellenanordnung abgegeben wird, und die elektrische Spannung, die von dem elektrischen Energiespeicher abgegeben wird, aufeinander anzugleichen, ist ein Gleichspannungswandler in Form eines unidirektionalen Aufwärtswandlers vorgesehen, der die elektrische Spannung von der Brennstoffzellenanordnung auf das Spannungsniveau des elektrischen Energiespeichers anhebt. Für die Dimensionierung der Brennstoffzellenanordnung in Bezug auf den elektrischen Energiespeicher sind dabei insbesondere überlappende Spannungsbereiche erlaubt, das heißt die maximale Spannung, die von der Brennstoffzellenanordnung bereitgestellt werden kann, ist höher als die minimale Spannung, die von dem elektrischen Energiespeicher bereitgestellt werden kann. Um dennoch gewährleisten zu können, dass die elektrische Spannung von der Brennstoffzellenanordnung stets geringer ist als die elektrische Spannung von dem Energiespeicher, kann bei einem Anstieg der elektrischen Spannung von der Brennstoffzellenanordnung eine Sauerstoffverarmung mittels Begrenzung eines Luftmassenstroms vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017222019 A1 [0003]
