DE102020119096A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Leistungsaufteilung von Brennstoffzellensystemen in einem Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Leistungsaufteilung von Brennstoffzellensystemen (12) in einem Fahrzeug, wobei die Vorrichtung (10) aufweist:ein erstes Brennstoffzellensystem (12) und wenigstens ein weiteres Brennstoffzellensystem (12), die dazu eingerichtet sind, Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser umzuwandeln, um daraus elektrische Energie zu erzeugen; undeine Steuerungseinheit (14), die dazu eingerichtet ist, das erste Brennstoffzellensystem (12) und das weitere Brennstoffzellensystem (12) mit einem elektrischen Signal (S) anzusteuern. Dabei ist vorgesehen, dass die Vorrichtung (10) ferner dazu eingerichtet ist, das erste Brennstoffzellensystem (12) und das weitere Brennstoffzellensystem (12) zeitlich versetzt mit dem elektrischen Signal (S) anzusteuern.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Leistungsaufteilung von Brennstoffzellensystemen in einem Fahrzeug, wobei die Vorrichtung aufweist: ein erstes Brennstoffzellensystem und wenigstens ein weiteres Brennstoffzellensystem, die dazu eingerichtet sind, Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser umzuwandeln, um daraus elektrische Energie zu erzeugen; und eine Steuerungseinheit, die dazu eingerichtet ist, das erste Brennstoffzellensystem und das weitere Brennstoffzellensystem mit einem elektrischen Signal anzusteuern.
  • Aus der Druckschrift US 2005/112428 A1 ist ein Brennstoffzellensystem mit Brennstoffzellenmodulen bekannt, die jeweils von einer lokalen Steuerung gesteuert werden. Eine Hauptsteuerung steuert jede der lokalen Steuerungen gemäß den allgemeinen Systemanforderungen.
  • Aus der Druckschrift US 7 166 985 B1 ist ein Brennstoffzellensystem mit Brennstoffzellenmodulen bekannt, die so miteinander vernetzt so sind, dass jedes Modul mit einer Hauptsteuerung verbunden ist.
  • Aus der Druckschrift WO 2004/100298 A1 ist ein Brennstoffzellensystem bekannt, das einen Impulsschalter, eine Steuerung und Spannungsklemmvorrichtungen aufweist.
  • In einem Fahrzeug werden Brennstoffzellensysteme zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt, wobei diese mittels eines Elektroantriebs in Bewegung umgewandelt oder zeitweise in einem Batteriesystem zwischengespeichert wird.
  • Ein Brennstoffzellensystem kann dabei aus einer oder mehreren Brennstoffzellen gebildet werden. Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs, zum Beispiel Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen. Als Kernkomponente enthalten Brennstoffzellen eine sogenannte Membran-Elektroden Anordnung (MEA), die aus einer ionenleitenden Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten katalytischen Elektrode (Anode und Kathode) gebildet wird. Letztere umfasst zumeist geträgerte Edelmetalle, insbesondere Platin, die als Katalysatoren dienen. In der Regel wird eine Brennstoffzelle aus einer Vielzahl im Stapel angeordneten MEAs gebildet.
  • Der Lastpunkt eines solchen Brennstoffzellensystems wird konstant eingestellt. Hierbei sind verschiedene Leistungsaufteilungen zwischen Brennstoffzellensystem und Batteriesystem möglich. Bei mehreren Brennstoffzellensystemen wird oftmals eine Leistungsaufteilung so eingestellt, dass alle aktiven Systeme mit einer identischen Leistung betrieben werden. Jedoch unterliegt ein solches Brennstoffzellensystem und ein entsprechendes Batteriesystem einer kontinuierlich voranschreitenden (reversiblen) Degradation.
  • Es muss daher abgewogen werden, welcher Komponente (Brennstoffzellensystem oder Batteriesystem) welcher Alterungseffekt zugeschrieben wird. Alle Maßnahmen haben aber eine direkte negative Auswirkung auf den Wasserstoffverbrauch.
  • Während des Betriebes eines Brennstoffzellensystems werden die Elektrodenoberflächen (d.h. die Katalysatoroberflächen) einer dem System zugeordneten Brennstoffzelle in Abhängigkeit von der Zellspannung mit der Zeit durch Platinoxidbeladungen (PtO2, PtO4 oder kurz PtOx) passiviert. Dadurch erhöhen sich die kinetischen Verluste der Brennstoffzelle und bei gleichem Soll-Strom sinkt die Stapelspannung mit zunehmender Betriebszeit leicht ab. Dieser PtOx-Aufbauprozess ist nicht verhinderbar und Teil des gewöhnlichen Betriebs. Je stärker die PtOx7-Beladung, desto größer die Spannungsverluste. Der PtOx-basierte Spannungsverlust verhält sich logarithmisch. Durch Änderung des Lastpunktes stellt sich eine neue Zellspannung ein und es finden PtOx-Umbauprozesse statt. Ein Wechsel auf eine höhere Spannung baut mehr PtOx auf, ein Wechsel zu einer niedrigeren Spannung baut PtOx teilweise ab. Der Auf- und Abbau-Prozess ist dabei nie abgeschlossen, sondern strebt asymptotisch hin zu einem neuen elektrochemischen Gleichgewicht. Um das PtOx vollständig abzubauen, ist es üblich das Brennstoffzellensystem auszuschalten oder zu entladen. Darüber hinaus ist es möglich die Zellspannung durch Luftverarmung oder Austrocknung der Membran zu beeinflussen (weniger Leistung). Diese Verfahren führen jedoch alle zu einer eingeschränkten, temporären Leistungsbereitstellung des Brennstoffzellensystems und bauen PtOx nur kurzzeitig ab.
  • Während des Betriebs muss daher die von der Soll-Leistung abweichende Leistung im Allgemeinen durch Batterieunterstützung ausgeglichen werden. Ein Batterie des Batteriesystems unterliegt daher einer höheren Belastung bzw. Alterung. Unter Umständen muss zu diesem Zweck auch eine vergrößerte Batterie eingesetzt werden, um die Soll-Leistung zu erreichen. In diesem Fall entstehen zusätzliche Kosten.
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine verbesserte Leistungsaufteilung von Brennstoffzellensystemen in einem Fahrzeug bereitzustellen, so dass ein Batteriesystem nicht zusätzlich belastet und ein effizienter Umbau von PtOx gewährleistet wird.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Leistungsaufteilung von Brennstoffzellensystemen in einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Vorgeschlagen wird also eine Vorrichtung zur Leistungsaufteilung von Brennstoffzellensystemen in einem Fahrzeug, wobei die Vorrichtung aufweist: ein erstes Brennstoffzellensystem und wenigstens ein weiteres Brennstoffzellensystem, die dazu eingerichtet sind, Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser umzuwandeln, um daraus elektrische Energie zu erzeugen; und eine Steuerungseinheit, die dazu eingerichtet ist, das erste Brennstoffzellensystem und das weitere Brennstoffzellensystem mit einem elektrischen Signal anzusteuern. Dabei ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ferner dazu eingerichtet ist, das erste Brennstoffzellensystem und das weitere Brennstoffzellensystem zeitlich versetzt mit dem elektrischen Signal anzusteuern.
  • Durch das zeitlich versetzte elektrische Signal werden die Brennstoffzellensysteme unterschiedlich voneinander angesteuert bzw. betrieben. Dies ermöglicht es eine zeitliche variierende Leistungsaufteilung zwischen dem ersten Brennstoffzellensystem und dem weiteren Brennstoffzellensystem bereitzustellen.
  • Insbesondere kann durch das elektrische Signal die von dem ersten Brennstoffzellensystem und dem weiteren Brennstoffzellensystem erzeugte elektrische Energie, insbesondere ein durch das erste Brennstoffzellensystem erzeugter erster elektrischer Strom und ein durch das weitere Brennstoffzellensystem erzeugter weiterer elektrischer Strom moduliert werden. Dies ermöglicht es die Ströme der Brennstoffzellensysteme voneinander verändert einzustellen.
  • Durch die zeitlich versetzte Ansteuerung des ersten Brennstoffzellensystems und des weiteren Brennstoffzellensystems mit dem elektrischen Signal kann hierbei der erste elektrischen Strom und der weitere elektrische Strom so moduliert werden, dass eine Summenleistung aus einer durch das erste Brennstoffzellensystem erzeugten ersten elektrischen Leistung und einer durch das weitere Brennstoffzellensystem erzeugten weiteren elektrischen Leistung zumindest teilweise zeitlich konstant ist, oder einer vorgegebenen Leistungsanforderung entspricht. Beispielsweise kann das weitere Brennstoffzellensystem einen Leistungsverlust des ersten Brennstoffzellensystems bei PtOx Umbau ausgleichen und umgekehrt. Dadurch wird die Leistung der Brennstoffzellensysteme insgesamt konstant gehalten, so dass kein zusätzlicher Leistungsausgleich von einem Batteriesystem nötig ist. Das Batteriesystem erfährt somit keine verstärkte Belastung. Es ist daher auch keine Hardwareanpassung nötig, nur eine veränderte Betriebseinstellung zum Betreiben der Brennstoffzellensysteme.
  • In diesem Zusammenhang kann durch das elektrische Signal eine zeitlich versetzte Oszillation auf den ersten elektrischen Strom und auf den weiteren elektrischen Strom aufgebracht werden.
  • Infolge der aufgebrachten zeitlich versetzten Oszillation des ersten elektrischen Stroms und des weiteren elektrischen Stroms kann eine Spannung in dem ersten Brennstoffzellensystem und eine Spannung in dem weiteren Brennstoffzellensystem temporär variiert werden, insbesondere erhöht bzw. abgesenkt werden. PtOx wird langsamer aufgebaut als abgebaut. Durch den steten PtOx-Umbau ergibt sich daher für jedes einzelne Brennstoffzellensystem ein geringerer Anteil an PtOx und somit eine höhere Effizienz. Ferner kann hierdurch der Wasserstoffverbrauch der Brennstoffzellensysteme reduziert und der Wirkungsgrad angehoben werden.
  • Die Steuerungseinheit kann ferner einen Modulator aufweisen, der dazu eingerichtet ist, das elektrische Signal zu erzeugen. Der Modulator kann das elektrische Signal mittels einer Amplitudenmodulation, einer Frequenzmodulation, einer Phasenmodulation, einer Pulsweitenmodulation, oder/und ähnliches erzeugen, um so den ersten elektrischen Strom und den weiteren elektrischen Strom zu modulieren.
  • Das erste Brennstoffzellensystem und das weitere Brennstoffzellensystem kann jeweils wenigstens eine Brennstoffzelle mit einer Membran-Elektroden Anordnung und einem Katalysator aufweisen.
  • Wie oben beschrieben kann der Katalysator dabei Platin aufweisen.
  • Die Vorrichtung kann ferner wenigstens einen Wasserstoffspeicher aufweisen, der dazu eingerichtet ist, dem ersten Brennstoffzellensystem oder/und dem weiteren Brennstoffzellensystem Wasserstoff bereitzustellen.
  • Die Vorrichtung kann ferner wenigstens ein Batteriesystem aufweisen, dass dazu eingerichtet ist, die durch das erste Brennstoffzellensystem und/oder das weitere Brennstoffzellensystem erzeugte elektrische Energie zu speichern und gespeicherte elektrische Energie bereitzustellen.
  • Die obige Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Leistungsaufteilung von Brennstoffzellensystemen in einem Fahrzeug, umfassend die Schritte:
    • Umwandeln von Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser durch ein erstes Brennstoffzellensystem und durch wenigstens ein weiteres Brennstoffzellensystem, um daraus elektrische Energie zu erzeugen; und
    • Ansteuern des ersten Brennstoffzellensystems und des weiteren Brennstoffzellensystems mit einem elektrischen Signal durch eine Steuerungseinheit,
    • wobei das erste Brennstoffzellensystem und das weitere Brennstoffzellensystem zeitlich versetzt mit dem elektrischen Signal angesteuert werden.
  • Die zeitliche versetzte Ansteuerung ermöglicht es das erste Brennstoffzellensystem und das weitere Brennstoffzellensystem unterschiedlich zu betreiben, so dass eine zeitlich variierende Leistungsaufteilung zwischen den Brennstoffzellensystemen realisiert wird.
  • Durch das elektrische Signal wird die von dem ersten Brennstoffzellensystem und dem weiteren Brennstoffzellensystem erzeugte elektrische Energie, insbesondere ein durch das erste Brennstoffzellensystem erzeugter erster elektrischer Strom und ein durch das weitere Brennstoffzellensystem erzeugter weiterer elektrischer Strom moduliert.
  • Aufgrund der zeitlich versetzten Ansteuerung des ersten Brennstoffzellensystems und des weiteren Brennstoffzellensystems mit dem elektrischen Signal kann der erste elektrische Strom und der zweite elektrische Strom so moduliert werden, dass eine Summenleistung aus einer durch das erste Brennstoffzellensystem erzeugten ersten elektrischen Leistung und einer durch das weitere Brennstoffzellensystem erzeugten weiteren elektrischen Leistung zumindest teilweise zeitlich konstant ist, oder einer vorgegebenen Leistungsanforderung entspricht. Der durch den PtOx Umbau resultierende Leistungsabfall des ersten Brennstoffzellensystems kann durch das weitere Brennstoffzellensystem ausgeglichen werden und umgekehrt. Dazu sind keine weiteren Hardwareanpassung nötig. Es wird nur die Betriebseinstellung für das erste Brennstoffzellensystem und das weitere Brennstoffzellensystem mittels des elektrischen Signals angepasst. Ein Batteriesystem erfährt somit keine verstärkte Belastung. Daher muss auch keine vergrößerte Batterie oder ähnliches eingesetzt werden um eine vorgegeben Soll-Leistung zu erreichen.
  • Hierbei kann durch das elektrische Signal kann eine zeitlich versetzte Oszillation auf den ersten elektrischen Strom und auf den weiteren elektrischen Strom aufgebracht werden.
  • Das Verfahren kann auch einen Schritt zum Breitstellen von Wasserstoff für das erste Brennstoffzellensystem oder/und für das weitere Brennstoffzellensystem durch einen Wasserstoffspeicher umfassen.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:
    • 1 eine vereinfachte und schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Leistungsaufteilung von Brennstoffzellensystemen in einem Fahrzeug;
    • 2 eine vereinfachte und schematische Darstellung einer Ausführungsform eines zeitlichen Verlaufs von elektrischen Leistungen der Brennstoffzellensysteme der Vorrichtung;
    • 3 eine vereinfachte und schematische Darstellung einer Ausführungsform eines zeitlichen Verlaufs von Wasserstoffverbrauch der Vorrichtung;
    • 4 ein Ablaufplan einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Leistungsaufteilung von Brennstoffzellensystemen in einem Fahrzeug.
  • In 1 ist eine vereinfachte und schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Leistungsaufteilung von Brennstoffzellensystemen 12 in einem Fahrzeug (nicht in 1 gezeigt) dargestellt. Die Vorrichtung 10 weist ein erstes Brennstoffzellensystem 12 und wenigstens ein weiteres, zweites Brennstoffzellensystem 12 auf. Das erste Brennstoffzellensystem 12 und das zweite Brennstoffzellensystem 12 wandeln Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser um, um daraus elektrische Energie zu erzeugen. Die Vorrichtung 10 ist jedoch nicht auf zwei Brennstoffzellensysteme 12 eingeschränkt und kann weitere Brennstoffzellensysteme 12 umfassen. Die durch die Brennstoffzellensysteme 12 erzeugte elektrische Energie kann einem Elektromotor des Fahrzeugs (nicht in 1 gezeigt) bereitgestellt, oder in einem Batteriesystem 18 der Vorrichtung 10 gespeichert werden.
  • Die Vorrichtung 10 weist ferner eine Steuerungseinheit 14 auf, die das erste Brennstoffzellensystem 12 und das zweite Brennstoffzellensystem 12 mit einem elektrischen Signal S ansteuert. Dies ist in 1 vereinfacht durch die Pfeile illustriert.
  • Hierbei wird das erste Brennstoffzellensystem 12 und das zweite Brennstoffzellensystem 12 zeitlich versetzt mit dem elektrischen Signal S angesteuert, d.h. unterschiedlich voneinander betrieben. Dies ermöglicht es eine zeitlich variierende Leistungsaufteilung der Brennstoffzellensysteme 12 zu realisieren.
  • Durch das elektrische Signal S kann dabei die von dem ersten Brennstoffzellensystem 12 und dem zweiten Brennstoffzellensystem 12 erzeugte elektrische Energie, insbesondere ein durch das erste Brennstoffzellensystem 12 erzeugter erster elektrischer Strom und ein durch das zweite Brennstoffzellensystem 12 erzeugter weiterer, zweiter elektrischer Strom moduliert werden.
  • Infolge der zeitlich versetzten Ansteuerung des ersten Brennstoffzellensystems 12 und des zweiten Brennstoffzellensystems 12 mit dem elektrischen Signal S kann der erste elektrische Strom und der zweite elektrische Strom so moduliert werden, dass eine Summenleistung Psum aus einer durch das erste Brennstoffzellensystem 12 erzeugten ersten elektrischen Leistung P1 und einer durch das zweite Brennstoffzellensystem 12 erzeugten weiteren, zweiten elektrische Leistung P2 zumindest teilweise zeitlich konstant ist, oder einer vorgegebenen Leistungsanforderung entspricht. Beispielsweise kann der bei einem Umbau von Platinoxid (PtOx) resultierender Leistungsabfall des ersten Brennstoffzellensystems 12 durch das zweite Brennstoffzellensystem 12 ausgeglichen werden und umgekehrt.
  • In 2 ist der zeitliche Verlauf der ersten elektrischen Leistung P1 und der zweiten elektrischen Leistung P2 des ersten Brennstoffzellensystems 12 und des zweiten Brennstoffzellensystems 12 vereinfacht darstellt. Durch die zeitlich versetzte Ansteuerung und die daraus resultierende zeitlich versetzte Modulation des ersten Stroms und des zweiten Stroms und somit der ersten elektrischen Leistung P1 und der zweiten elektrischen Leistung P2 ergibt sich die zumindest teilweise zeitlich konstante Summenleistung Psum. Daher ist keine zusätzliche Leistungsausgleich von dem Batteriesystem 18 nötig.
  • Insbesondere kann durch das elektrische Signal S eine zeitliche versetzte Oszillation OSZ auf den ersten elektrischen Strom und den zweiten elektrischen Strom aufgebracht werden. Dies ist jedoch nicht einschränkend und weitere Modulationsformen, wie beispielsweise Rechteckpulse oder/und ähnliches sind möglich.
  • Durch die zeitlich versetzte Oszillation OSZ des ersten elektrischen Stroms und des zweiten elektrischen Stroms kann eine Spannung in dem ersten Brennstoffzellensystem 12 und eine Spannung in dem zweiten Brennstoffzellensystem 12 temporär variiert, insbesondere erhöht bzw. abgesenkt werden. Mit anderen Worten, die auf den ersten Strom und den zweiten Strom aufgebrachte zeitliche versetzte Oszillation OSZ überträgt sich auf die jeweilige Spannung in dem ersten Brennstoffzellensystem 12 und dem zweiten Brennstoffzellensystem 12. Da sich PtOx schneller abbaut als aufbaut kann durch eine wechselseitige Änderung der Spannung in dem jeweiligen Brennstoffzellensystem 12 insgesamt mehr PtOx abgebaut als aufgebaut werden. Dadurch ergeben sich im Mittel auch weniger Spannungsverluste durch PtOx. Dies erhöht die Effizienz und den Wirkungsgrad des jeweiligen Brennstoffzellensystems 12. Bei einer Periodendauer von weniger als 2 Minuten kann dabei mehr als 1% Wirkungsgradgewinn pro Brennstoffzellensystem 12 erzielt werden. Hierdurch reduziert sich auch der Wasserstoffverbrauch der Vorrichtung 10, was in 3 illustriert ist. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf des Wasserstoffverbrauchs VH2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, der mit OSZ gekennzeichnet ist, gegenüber einem Referenz Wasserstoffverbrauch VH2 eines herkömmlichen Brennstoffzellensystems ohne aufgebrachte Oszillation, der mit REF gekennzeichnet ist. Bei Vergleich der Kurven ist ersichtlich, dass durch Aufbringung der Oszillation zumindest temporär Wasserstoff eingespart werden kann. Dies ist in 3 durch den Pfeil angedeutet bzw. durch Bereiche, in denen die Kurve OSZ unterhalb der Referenzgeraden REF verläuft.
  • In einer weiteren Ausführungsform können auch drei Brennstoffzellensysteme 12 oder mehr integriert werden. Dadurch kann der Wirkungsgrad der einzelnen Brennstoffzellensysteme 12 weiter erhöht werden.
  • Die Steuerungseinheit 14 kann ferner einen Modulator M aufweisen, der das elektrische Signal S erzeugt. Hierbei können verschiedene Modulationsverfahren benutzt werden, um das elektrische Signal S zu erzeugen, wie zum Beispiel Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation, Phasenmodulation, oder/und ähnliches.
  • Das erste Brennstoffzellensystem 12 und das weitere, zweite Brennstoffzellensystem 12 können jeweils wenigstens eine Brennstoffzelle aufweisen, die eine Membran-Elektroden Anordnung und einen Katalysator umfassen.
  • Der Katalysator kann Platin aufweisen.
  • Die Vorrichtung 10 kann ferner einen Wasserstoffspeicher 16 aufweisen, der dem ersten Brennstoffzellensystem 12 oder/und dem weiteren, zweiten Brennstoffzellensystem 12 Wasserstoff bereitstellt. Dies ist in 1 durch die entsprechenden Pfeile illustriert.
  • Die Vorrichtung 10 kann auch das Batteriesystem 18 aufweisen, wie oben beschrieben, das die von den jeweiligen Brennstoffzellensystemen 12 erzeugte elektrische Energie speichert und gespeicherte Energie, beispielsweise dem Elektromotor des Fahrzeugs bereitstellt.
  • In einer Ausführungsform kann die zeitlich versetzte Oszillation auch auf einen elektrischen Strom des Batteriesystems 18 durch Ansteuerung mit dem elektrischen Signal S aufgebracht werden. Dies kann die Regelbarkeit weiter vereinfachen.
  • In 4 ist ein vereinfachter und schematischer Ablaufplan eines Verfahrens 100 zur Leistungsaufteilung von Brennstoffzellensystemen 12 in einem Fahrzeug dargestellt.
  • In Schritt S120 werden Wasserstoff und Sauerstoff durch ein erstes Brennstoffzellensystem 12 und durch wenigstens ein weiteres, zweites Brennstoffzellensystem 12 in Wasser umgewandelt, um daraus elektrische Energie zu erzeugen.
  • In Schritt S130 werden das erste Brennstoffzellensystem 12 und das zweite Brennstoffzellensystem 12 mit einem jeweiligen elektrischen Signal S durch eine Steuerungseinheit 14 angesteuert.
  • Dabei werden das erste Brennstoffzellensystem 12 und das zweite Brennstoffzellensystem 12 zeitlich versetzt mit dem elektrischen Signal S angesteuert. Hierdurch kann die Leistungsaufteilung zwischen dem ersten Brennstoffzellensystem 12 und dem zweiten Brennstoffzellensystem zeitlich variiert werden.
  • Durch das elektrische Signal S kann die von dem ersten Brennstoffzellensystem 12 und dem zweiten Brennstoffzellensystem 12 erzeugte elektrische Energie, insbesondere ein durch das erste Brennstoffzellensystem 12 erzeugter erster elektrischer Strom und ein durch das zweite Brennstoffzellensystem 12 erzeugter weiterer, zweiter elektrischer Strom moduliert werden.
  • Die zeitlich versetzte Ansteuerung des ersten Brennstoffzellensystems 12 und des zweiten Brennstoffzellensystems 12 mit dem elektrischen Signal S ermöglicht es, den ersten elektrische Strom und den zweiten elektrischen Strom so zu modulieren, dass eine Summenleistung Psum aus einer durch das erste Brennstoffzellensystem 12 erzeugten ersten elektrischen Leistung P1 und einer durch das zweite Brennstoffzellensystem 12 erzeugten weiteren, zweiten elektrischen Leistung P2 zumindest teilweise zeitlich konstant ist, oder einer vorgegebenen Leistungsanforderung entspricht.
  • Durch das elektrische Signal S kann eine zeitlich versetzte Oszillation OSZ auf den ersten elektrischen Strom und auf den zweiten elektrischen Strom aufgebracht werden.
  • In Schritt S110 kann für das erste Brennstoffzellensystem 12 oder/und für das zweite Brennstoffzellensystem 12 Wasserstoff durch ein Wasserstoffspeicher 18 bereitgestellt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • US 7166985 B1 [0003]
    • WO 2004/100298 A1 [0004]

Claims (15)

  1. Vorrichtung (10) zur Leistungsaufteilung von Brennstoffzellensystemen (12) in einem Fahrzeug, wobei die Vorrichtung (10) aufweist: ein erstes Brennstoffzellensystem (12) und wenigstens ein weiteres Brennstoffzellensystem (12), die dazu eingerichtet sind, Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser umzuwandeln, um daraus elektrische Energie zu erzeugen; und eine Steuerungseinheit (14), die dazu eingerichtet ist, das erste Brennstoffzellensystem (12) und das weitere Brennstoffzellensystem (12) mit einem elektrischen Signal (S) anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) ferner dazu eingerichtet ist, das erste Brennstoffzellensystem (12) und das weitere Brennstoffzellensystem (12) zeitlich versetzt mit dem elektrischen Signal (S) anzusteuern.
  2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner dazu eingerichtet ist, durch das elektrische Signal (S) die von dem ersten Brennstoffzellensystem (12) und dem weiteren Brennstoffzellensystem (12) erzeugte elektrische Energie, insbesondere einen durch das erste Brennstoffzellensystem (12) erzeugten ersten elektrischen Strom und einen durch das weitere Brennstoffzellensystem (12) erzeugten weiteren elektrischen Strom, zu modulieren.
  3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner dazu eingerichtet ist, durch die zeitlich versetzte Ansteuerung des ersten Brennstoffzellensystems (12) und des weiteren Brennstoffzellensystems (12) mit dem elektrischen Signal (S), den ersten elektrischen Strom und den weiteren elektrischen Strom so zu modulieren, dass eine Summenleistung (Psum) aus einer durch das erste Brennstoffzellensystem erzeugten ersten elektrischen Leistung (P1) und einer durch das weitere Brennstoffzellensystem (12) erzeugten weiteren elektrischen Leistung (P2) zumindest teilweise zeitlich konstant ist, oder einer vorgegebenen Leistungsanforderung entspricht.
  4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner dazu eingerichtet ist, durch das elektrische Signal (S) eine zeitlich versetzte Oszillation (OSZ) auf den ersten elektrischen Strom und auf den weiteren elektrischen Strom aufzubringen.
  5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die aufgebrachte zeitlich versetzte Oszillation (OSZ) des ersten elektrischen Stroms und des weiteren elektrischen Stroms eine Spannung in dem ersten Brennstoffzellensystem (12) und eine Spannung in dem weiteren Brennstoffzellensystem (12) temporär variiert wird, insbesondere erhöht bzw. abgesenkt wird.
  6. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (14) ferner einen Modulator (M) aufweist, der dazu eingerichtet ist, das elektrische Signal (S) zu erzeugen.
  7. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Brennstoffzellensystem (12) und das weitere Brennstoffzellensystem (12) jeweils wenigstens eine Brennstoffzelle mit einer Membran-Elektroden Anordnung und einem Katalysator aufweisen.
  8. Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator Platin aufweist.
  9. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner wenigstens einen Wasserstoffspeicher (16) aufweist, der dazu eingerichtet ist, dem ersten Brennstoffzellensystem (12) oder/und dem weiteren Brennstoffzellensystem (12) Wasserstoff bereitzustellen.
  10. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner wenigstens ein Batteriesystem (18) aufweist, dass dazu eingerichtet ist, die durch das erste Brennstoffzellensystem (12) und/oder das weitere Brennstoffzellensystem (12) erzeugte elektrische Energie zu speichern und gespeicherte elektrische Energie bereitzustellen.
  11. Verfahren (100) zur Leistungsaufteilung von Brennstoffzellensystemen (12) in einem Fahrzeug, umfassend die Schritte: Umwandeln (120) von Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser durch ein erstes Brennstoffzellensystem (12) und durch wenigstens ein weiteres Brennstoffzellensystem (12), um daraus elektrische Energie zu erzeugen; und Ansteuern (S130) des ersten Brennstoffzellensystems (12) und des weiteren Brennstoffzellensystems (12) mit einem elektrischen Signal (S) durch eine Steuerungseinheit (14), wobei das erste Brennstoffzellensystem (12) und das weitere Brennstoffzellensystem (12) zeitlich versetzt mit dem elektrischen Signal (S) angesteuert werden.
  12. Verfahren (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch das elektrische Signal (S) die von dem ersten Brennstoffzellensystem (12) und dem weiteren Brennstoffzellensystem (12) erzeugte elektrische Energie, insbesondere ein durch das erste Brennstoffzellensystem (12) erzeugter erster elektrischer Strom und ein durch das weitere Brennstoffzellensystem (12) erzeugter weiterer elektrischer Strom moduliert wird.
  13. Verfahren (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die zeitlich versetzte Ansteuerung des ersten Brennstoffzellensystems (12) und des weiteren Brennstoffzellensystems (12) mit dem elektrischen Signal (S) der erste elektrische Strom und der zweite elektrische Strom so moduliert werden, dass eine Summenleistung (Psum) aus einer durch das erste Brennstoffzellensystem (12) erzeugten ersten elektrischen Leistung (P1) und einer durch das weitere Brennstoffzellensystem (12) erzeugten weiteren elektrischen Leistung (P2) zumindest teilweise zeitlich konstant ist, oder einer vorgegebenen Leistungsanforderung entspricht.
  14. Verfahren (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch das elektrische Signal (S) eine zeitlich versetzte Oszillation (OSZ) auf den ersten elektrischen Strom und auf den weiteren elektrischen Strom aufgebracht wird.
  15. Verfahren (100) nach einen der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend Breitstellen (S110) von Wasserstoff für das erste Brennstoffzellensystem (12) oder/und für das weitere Brennstoffzellensystem (12) durch einen Wasserstoffspeicher (16).
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