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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln und Einstellen von Spannungs-Strom-Paaren, mithin der Betriebspunkte, wenigstens einer Brennstoffzelle eines Brennstoffzellensystems. Die Erfindung betrifft außerdem ein Brennstoffzellensystem, dessen Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem.
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Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthalten Brennstoffzellen als Kernkomponente die sogenannte Membran-Elektroden-Einheit (MEA für membrane electrode assembly), die ein Verbund aus einer protonenleitenden Membran und jeweils einer, beidseitig an der Membran angeordneten Elektrode (Anode und Kathode) ist. Zudem können Gasdiffusionslagen (GDL) beidseitig der Membran-Elektroden-Einheit an den der Membran abgewandten Seiten der Elektroden angeordnet sein. In der Regel wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl, im Stapel (englisch: stack) angeordneter MEA gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Durch die direkte Umsetzung von chemischer in elektrische Energie erzielen Brennstoffzellen gegenüber anderen Elektrizitätsgeneratoren aufgrund der Umgehung des Carnot-Faktors einen verbesserten Wirkungsgrad.
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Um die Effizienz des Brennstoffzellensystems zu erhöhen, ist es üblich, dass Spannungs-Strom-Paare (Betriebspunkte) von der Brennstoffzelle oder einem Brennstoffzellenstapel angefordert werden, die auf einer idealen Spannungs-Strom-Kennlinie (U/I-Kennlinie) liegen. Häufig werden, um im Fahrzeugverbund den Anforderungen eines Hochvoltsystems und den Anforderungen an den Wärmebedarf gerecht zu werden, zusätzliche Bauteile als Leistungssenken und als Wärmequellen verwendet. Diese zusätzlichen Komponenten erhöhen die Systemkomplexität, die Herstellkosten und aufgrund der einzelnen Wirkungsgradeinbußen an jeder Komponente auch den Brennstoffverbrauch.
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Aus den Druckschriften
EP 2 178 148 A1 ,
DE 10 2016 109 104 A1 und
DE 10 2015 118 424 A1 ist es bekannt, Betriebspunkte auch abweichend von der idealen Spannungs-Strom-Kennlinie zu wählen, um die Brennstoffzelle in einem Aufwärmbetrieb optimiert an eine elektrisch geforderte Leistung und eine thermisch geforderte Leistung zu betreiben. Auf diese Weise erfolgt eine Regelung nicht nur anhand der elektrischen Leistungsvorgabe, sondern auch anhand einer Vorgabe der thermischen Leistung, um das Brennstoffzellensystem auf Betriebstemperatur zu erwärmen.
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Ausgehend davon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Regeln und Einstellen von Spannungs-Strom-Paaren bei einer Brennstoffzelle anzugeben, das sich durch einen weniger komplexen Aufbau des Brennstoffzellensystems auszeichnet und auch während des laufenden Betriebs durchführbar ist. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein weniger komplexes Brennstoffzellensystem, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen vorzuschlagen.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein von der Brennstoffzelle zu liefernder Soll-Gesamtstrom vorgegeben, welcher bestimmt wird aus einer Kombination aus einer ersten Führungsgröße und aus einer zweiten Führungsgröße für die Regelung und Einstellung der Spannungs-Strom-Paare. Die erste Führungsgröße ist gebildet durch die elektrische Gesamtleistung der wenigstens einen Brennstoffzelle, wobei die zweite Führungsgröße durch eine thermische Leistung gebildet ist, welche von wenigstens einem oder mehreren Konstituenten des Brennstoffzellensystems oder auch von allen Konstituenten des Brennstoffzellensystems aufnehmbar ist. Der Soll-Gesamtstrom wird dann aufgeteilt in einen Soll-Betriebsstrom zur elektrischen Versorgung eines Primärantriebs, insbesondere eines elektrischen Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs, und einen Soll-Strom zur elektrischen Versorgung des wenigstens einen oder mehreren Konstituenten des Brennstoffzellensystems. Die Soll-Betriebsspannung zur elektrischen Versorgung des Primärantriebs wird dann anhand eines Spannungs-Strom-Kennfelds mittels des Soll-Betriebsstroms eingestellt, woraus sich das Spannungs-Strom-Paar für die entsprechende Situation ergibt. Typischerweise erfolgt die Einstellung der Soll-Parameter an einen die Brennstoffzelle mit einem Bordnetz verbindenden DC/DC-Wandler, wobei in dem Bordnetz häufig ein elektrisches Antriebsaggregat und eine Hochvolt-Batterie vorliegen. Auch die Soll-Stromstärke für den wenigstens einen weiteren Konstituenten des Brennstoffzellensystems, insbesondere zur Versorgung der Nebenaggregate, kann beispielsweise durch den DC/DC-Wandler vorgegeben werden.
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Es ist von Vorteil, wenn eine elektrische Leistungsgrenze des wenigstens einen oder eines weiteren Konstituenten des Brennstoffzellensystems ermittelt wird, und wenn diese elektrische Leistungsgrenze bei der Vorgabe wenigstens einer der Führungsgrößen für die Regelung berücksichtigt wird. Durch die elektrische Leistungsgrenze kann beispielsweise die von der Brennstoffzelle zu fordernde elektrische Leistung angepasst werden; also beibehalten, erhöht oder erniedrigt werden. Mit der elektrischen Leistungsgrenze geht zugleich aber auch eine thermische Belastung des Konstituenten oder des Nebenaggregates einher, sodass auch durch diese die Führungsgröße für die thermische Leistung angepasst werden kann.
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Die Konstituenten können als Puffer genutzt werden. Einen solchen Puffer können dabei insbesondere die Komponenten einer Kühlstrecke, eines Heizkreislauf oder eines Kühlkreislaufs bieten, in welche z.B. eine Kühlmittelpumpe, ein Thermostat, ein Kühler und ein elektrischer Zusatzheizer eingebunden sind. Alle elektrisch antreibbaren Komponenten können dabei dazu eingerichtet sein, eine elektrische Leistung aufzunehmen, um zu hohe elektrische Lasten oder auch einzelne Lastspitzen abzufangen und damit als elektrische Leistungssenke zu agieren. Die in den Kühl- und/oder Heizkreislauf eingebundenen Komponenten können aber, gerade weil sie Bestandteil des Kühl- und/oder Heizkreislaufs sind, auch als thermische Leistungssenke agieren. Bei der Brennstoffzellenreaktion, die innerhalb des in den Kühl- und/oder Heizkreislauf ebenfalls eingebundenen Brennstoffzellenstapel abläuft, entsteht elektrische Energie und Wärme, wobei durch das vorliegende Verfahren eine exakte Aufteilung zwischen dieser elektrischen Energie (elektrischen Leistung) und der Wärme (thermischen Leistung) möglich ist. Die zusätzlich in den im Kühl- und/oder Heizkreislauf gespeicherte thermische Energie kann rekuperiert werden. Es kann ferner eine thermische und/oder elektrische Koppelstelle vorliegen, um beispielsweise ein Fahrzeug, das bspw. ebenfalls mit einem Kühl- und/oder Heizkreislauf ausgerüstet ist, als Puffer dienen. Dem elektrischen (Zusatz-)Heizer kommt dabei eine wichtige Aufgabe zu, denn er kann die für das Hochspannungssystem (HV-System) zu hohe elektrische Leistungen in thermische Energie umwandeln, wodurch die Hochspannungskomponenten vor einer Überlast geschützt werden.
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Aufgrund der vorstehend skizzierten Eigenschaften der Konstituenten, insbesondere der Konstituenten des Kühl- und/oder Heizkreislaufs, lässt sich das Thermomanagement, vorzugsweise das Thermomanagement eines gesamten Kraftfahrzeugs, zuverlässig an die unterschiedlichsten Betriebsbedingungen anpassen.
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Auf diese Weise ist es auch möglich, die thermische Leistungsgrenze des wenigstens einen oder auch von weiteren Konstituenten des Brennstoffzellensystems zu ermitteln, wobei diese thermische Leistungsgrenze bei der Vorgabe wenigstens einer der Führungsgrößen für die Regelung berücksichtigt wird. Ist die thermische Leistungsgrenze des Konstituenten erreicht, so kann beispielsweise dieser nicht mehr eine so große elektrische Leistung aufnehmen, weil dies zu einer zusätzlichen - nicht gewünschten - Erwärmung führte. Auf diese Weise hat also die thermische Leistungsgrenze auch Einfluss auf die Führungsgröße der elektrischen Leistung. Außerdem hat die thermische Leistungsgrenze auch einen Einfluss auf die Führungsgröße der thermischen Leistung zur Einstellung der Spannungs-Strom-Paare des Brennstoffzellensystems, mithin also zur Einstellung des passenden Betriebspunkts.
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Nicht nur die Leistungsgrenzen der Konstituenten können berücksichtigt werden, sondern auch die Leistungsgrenze des Primärantriebs, insbesondere des elektrischen Antriebsaggregats mit einem Elektromotor. Auf diese Weise ist die Möglichkeit gegeben, dass eine elektrische Leistungsgrenze des Primärantriebs des Brennstoffzellensystems ermittelt wird, und dass diese elektrische Leistungsgrenze bei der Vorgabe wenigstens einer der Führungsgrößen für die Regelung berücksichtigt wird. Eine solche elektrische Leistungsgrenze kann beispielsweise aus der Betriebshistorie des Brennstoffzellensystems ermittelt werden, wobei auch Daten eines Navigationssystems zur Einstellung oder zur Variierung der Leistungsgrenze herangezogen werden können.
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Zudem ist es auch möglich, dass eine thermische Leistungsgrenze des Primärantriebs des Brennstoffzellensystems ermittelt wird, und dass diese thermische Leistungsgrenze bei der Vorgabe wenigstens einer der Führungsgrößen für die Regelung berücksichtigt wird. Sowohl die elektrische Leistungsgrenze als auch die thermische Leistungsgrenze können Einfluss nehmen auf die Führungsgröße für die elektrische Leistung des Brennstoffzellensystems und auf die Führungsgröße der thermischen Leistung des Brennstoffzellensystems.
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Sollte die anfallende Leistung, egal ob thermisch oder elektrisch, von den Bauteilen oder Komponenten des Systems nicht mehr aufgenommen werden können, so kann die Brennstoffzelle aus einem Normalbetrieb in einen Betrieb mit einer Sauerstoffverarmung überführt werden, sobald die Leistungsgrenze erreicht oder überschritten wird. Bei einem Normalbetrieb liegt typischerweise ein überstöchiometrisches Verhältnis aus Brennstoff und ein hoher Umsetzungsgrad desselben vor, sodass die Brennstoffzelle oder ein aus einer Vielzahl von Brennstoffzellen gebildeter Brennstoffzellenstapel eine große Spannung bereitstellen kann. In einem Betrieb mit einer Sauerstoffverarmung liegt demgegenüber ein unterstöchiometrisches Verhältnis auf der Kathodenseite der Brennstoffzelle vor, sodass der Umsetzungsgrad des Brennstoffes in der Brennstoffzellenreaktion heruntergesetzt und damit die Spannung der Brennstoffzelle reduziert wird. Auf diese Weise wird die Leistung der Brennstoffzelle gesenkt oder begrenzt und der Primärantrieb oder die Nebenaggregate (Konstituenten), wie ein Verdichter, ein Rezirkulationsgebläse, eine Kühlmittelpumpe usw., müssen nicht mehr so viel Last aufnehmen, sollten sie bereits an ihrer Leistungsgrenze betrieben werden. Durch diese Gestaltung ist es möglich, auf zusätzliche Bauteile in Form einer Leistungssenke oder einer zusätzlichen Wärmequelle zu verzichten.
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Es ist zudem die Möglichkeit gegeben, dass der Grad der Sauerstoffverarmung und damit der Umsetzungsgrad des Brennstoffs in der Brennstoffzellenreaktion in Abhängigkeit der Lage der Leistungsgrenze geregelt wird. Auf diese Weise kann dynamisch auf ein Abkühlverhalten der einzelnen Nebenaggregate reagiert werden oder auch auf eine Veränderung der Möglichkeiten einer elektrischen Leistungsaufnahme.
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In diesem Zuge ist es deshalb von Vorteil, wenn die Sauerstoffverarmung stufenlos geregelt wird, sodass eine feine Einstellung der abgegebenen Leistung durch eine Reduktion oder eine Erhöhung des Stromflusses ermöglicht ist. Auf diese Weise ist eine durchgängige Leistungsregelung zwischen einer Nullleistung und einer Nennlast möglich. Dies bietet den Vorteil der Reduzierung von Kosten, senkt die Systemkomplexität und den Brennstoffverbrauch des Brennstoffzellensystems, was insbesondere bei seinem Einsatz in einem Kraftfahrzeug von Vorteil ist.
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Die in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem. Dieses kommt mit weniger Bauteilen aus. Es weist daher eine geringere Komplexität auf und kann deshalb günstiger hergestellt werden. Diese Vorteile wirken auch beim Einsatz des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems in einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 ein schematisch dargestelltes Brennstoffzellensystem, und
- 2 ein schematisches Regelungsdiagramm zur Einstellung der Betriebspunkte des Brennstoffzellensystems.
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In 1 ist ein Brennstoffzellensystem 100 gezeigt, das einen Kathodenräume und Anodenräume aufweisenden Brennstoffzellenstapel 104 umfasst. Der Brennstoffzellenstapel 104 weist dabei eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Brennstoffzellen auf.
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Jede der Brennstoffzellen umfasst eine Anode und eine Kathode sowie eine die Anode von der Kathode trennende protonenleitfähige Membran. Die Membran ist aus einem lonomer, vorzugsweise einem sulfonierten Tetrafluorethylen-Polymer (PTFE) oder einem Polymer der perfluorierten Sulfonsäure (PFSA) gebildet. Alternativ kann die Membran als eine sulfonierte Hydrocarbon-Membran gebildet sein.
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Den Anoden und/oder den Kathoden kann zusätzlich ein Katalysator beigemischt sein, wobei die Membranen vorzugsweise auf ihrer ersten Seite und/oder auf ihrer zweiten Seite mit einer Katalysatorschicht aus einem Edelmetall oder aus Gemischen umfassend Edelmetalle wie Platin, Palladium, Ruthenium oder dergleichen beschichtet sind, die als Reaktionsbeschleuniger bei der Reaktion der jeweiligen Brennstoffzelle dienen.
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Über die Anodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels 104 wird den Anoden Brennstoff (zum Beispiel Wasserstoff) zugeführt. In einer Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle (PEM-Brennstoffzelle) werden an der Anode Brennstoff oder Brennstoffmoleküle in Protonen und Elektronen aufgespaltet. Die Membran lässt die Protonen (zum Beispiel H+) hindurch, ist aber undurchlässig für die Elektronen (e-). An der Anode erfolgt dabei die folgende Reaktion: 2H2 → 4H+ + 4e- (Oxidation/Elektronenabgabe). Während die Protonen durch die Membran zur Kathode hindurchtreten, werden die Elektronen über einen externen Stromkreis an die Kathode oder an einen Energiespeicher geleitet. Über die Kathodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels 104 kann den Kathoden Kathodengas (zum Beispiel Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Luft) zugeführt werden, so dass kathodenseitig die folgende Reaktion stattfindet: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O (Reduktion/Elektronenaufnahme).
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Dem Brennstoffzellenstapel 104 ist kathodenseitig eine Kathodengasversorgung zugeordnet, welche eine mit den Kathodenräumen stapeleintrittseitig strömungsmechanisch verbundene Kathodenzufuhrleitung 103 zur Zufuhr des Kathodengases an die Kathoden der Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels 104 aufweist. In die Kathodenzufuhrleitung 103 ist vorliegend zur Vorkonditionierung des Kathodengases ein Befeuchter 102 integriert. Der Befeuchter 102 ist mit seinem kathodenseitigen Auslass mit den Kathodenräumen des Brennstoffzellenstapels 104 verbunden. Stromauf des Befeuchters 102 ist ein Verdichter 112 vorhanden, der das Kathodengas ansaugt, um es anschließend komprimiert über die Kathodenzufuhrleitung 103 an einem Frischgaseinlass des Befeuchters 102 bereitzustellen. Da das Kathodengas beim Verdichten sehr stark erhitzt, wird dieses bereits vor einem Eintritt in den Befeuchter 102 mittels eines Ladeluftkühlers 105 heruntergekühlt, um Schädigungen zu vermeiden. Die Kathodengasversorgung umfasst außerdem eine Kathodenabgasleitung 106 zur Ausbringung von Kathodenabgas aus dem Brennstoffzellenstapel 104, wobei die Kathodenabgasleitung 106 ebenfalls strömungsmechanisch mit den Kathodenräumen des Brennstoffzellenstapels 104 verbunden ist. Der Befeuchter 102 ist vorliegend zusätzlich in die Kathodenabgasleitung 106 eingebunden, so dass er mit anderen Worten mit seinem kathodenseitigen Einlass ebenfalls mit den Kathodenräumen über die Kathodenabgasleitung 106 verbunden ist, über die nicht abreagiertes Kathodengas bzw. feuchtes Kathodenabgas zum Befeuchter 102 rückgeführt wird. Der Befeuchter 102 ist aus einer Mehrzahl an wasserdampfpermeablen Membranen gebildet, die ausgestaltet sind, um dem Kathodenabgas Feuchtigkeit zu entziehen und diese dem frischen Kathodengas zuzuführen. Die Kathodenabgasleitung 6 setzt sich nach dem Befeuchter 102 fort, so dass das (teil-)getrocknete Kathodenabgas einer weiteren Verwertung zugeführt oder an die Umwelt abgegeben werden kann.
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Dem Brennstoffzellensystem 100 ist anodenseitig eine Brennstoffversorgung zugeordnet, um den Anodenräumen und damit den Anoden der im Brennstoffzellenstapel 104 vorhandenen Brennstoffzellen den Brennstoff zuzuleiten. Die Anodenräume sind über eine Anodenzufuhrleitung 107 mit einem den Brennstoff bereitstellenden Brennstoffspeicher 108 verbunden. Über eine Anodenrezirkulationsleitung 109 kann an den Anoden nicht abreagierter Brennstoff den Anodenräumen erneut zugeführt werden. Die Anodenrezirkulationsleitung 109 mündet stromauf des Brennstoffzellenstapels 104 also wieder in die Anodenzufuhrleitung 107 und bildet mit stromab der Mündung gebildeten Teil der Anodenzufuhrleitung 107 einen Anodenkreislauf. Um das Anodenabgas mittels einer einstellbaren Zufuhr von frischem Brennstoff zirkulieren zu können, ist vorliegend im Punkt der Mündung ein Ejektor 114 eingebunden. Stromauf des Ejektors 114 kann zur weiteren Regelung der Zufuhr des Brennstoffes in der Anodenzufuhrleitung 107 ein Brennstoffstellglied 110 angeordnet sein. Dieses Brennstoffstellglied 110 ist vorzugsweise als ein Druckregelventil gebildet. Stromaufwärts des Druckregelventils ist ein Wärmeübertrager 111 in Form eines Rekuperators zur Erwärmung des Brennstoffes vorgesehen. Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst ferner ein nicht näher dargestelltes Steuergerät.
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Das Brennstoffzellensystem wird typischerweise an einer idealen Spannungs-Strom-Kennlinie betrieben, wobei Situationen eintreten können, in denen eine zu hohe Leistung durch die Brennstoffzellen bereitgestellt wird, die von einem Primärantrieb, insbesondere einem elektrischen Antriebsaggregat mit einem Elektromotor und/oder den Konstituenten, also einer Kühlmittelpumpe, einem Kühler, dem Verdichter 112, dem Befeuchter 102 oder dergleichen, nicht mehr aufgenommen werden können. Außerdem können Situationen eintreten, in denen die einzelnen Bauteile oder Komponenten bereits sehr warm sind und daher auch keine weitere thermische Leistung aufnehmen können, sodass es erforderlich ist, die Leistung sowohl thermisch als auch elektrisch anzupassen. Hier setzt die vorliegende Erfindung an, die ein Verfahren zum Regeln und Einstellen von Spannungs-Strom-Paaren (Uset/Iset) des Brennstoffzellensystems 100 angibt.
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Dieses Verfahren wird anhand von 2 näher erläutert. Hierbei wird zunächst ein von der Brennstoffzelle zu liefernder Soll-Gesamtstrom I vorgegeben, welcher bestimmt wird aus einer Kombination aus einer ersten Führungsgröße für die Regelung, die durch eine elektrische Gesamtleistung Pel der wenigstens einen Brennstoffzelle gebildet ist, und einer zweiten Führungsgröße für die Regelung, die durch eine thermische Leistung Pth gebildet ist, welche von den Primärantrieb oder von wenigstens einem oder von mehreren der weiteren Konstituenten des Brennstoffzellensystems 100 aufnehmbar ist. Der sich dabei ergebende Soll-Gesamtstrom I wird dann aufgeteilt in einen Soll-Betriebsstroms Iset zur elektrischen Versorgung des Primärantriebs und einen Soll-Strom Iset-aux zur elektrischen Versorgung des wenigstens einen oder weiteren Konstituenten des Brennstoffzellensystems 100. Anhand des Spannungs-Strom-Kennfelds der Brennstoffzelle wird mittels des Soll-Betriebsstroms Iset dann die Soll-Betriebsspannung Uset zur elektrischen Versorgung des Primärantriebs eingestellt. Die Einstellung erfolgt vorzugsweise durch einen DC/DC-Wandler. Aufgrund der Führungsgrößen für die geforderte elektrische Gesamtleistung Pel und die thermische Leistung Pth passt sich der Betriebspunkt automatisiert an die Gegebenheiten des Brennstoffzellensystems 100 an, wobei im Falle eines Erreichens von Leistungsgrenzen, entweder vom Primärantrieb oder von einem oder mehreren der Konstituenten, eine Anpassung der Betriebsweise oder der Betriebspunkte erfolgt.
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So ist es möglich, dass wenigstens eine der Leistungsgrenzen eines der Konstituenten und/oder des Primärantriebs des Brennstoffzellensystems erreicht wird. Es können elektrische Leistungsgrenzen und/oder thermische Leistungsgrenzen erreicht oder überschritten werden. Solche Leistungsgrenzen werden dann bei der Vorgabe wenigstens einer der Führungsgrößen für die Regelung berücksichtigt. Sollten die im Gesamtsystem anfallenden Leistungen (thermisch und/oder elektrisch) von dem Brennstoffzellensystem 100 oberhalb den Anforderungen eines Kühlsystems oder des Hochvoltsystems liegen, so steht eine Möglichkeit zur Leistungsreduktion zur Verfügung. In einem solchen Fall werden die Brennstoffzelle oder der Brennstoffzellenstapel 104 veranlasst, aus einem Normalbetrieb in einen Betrieb mit einer Sauerstoffverarmung überführt zu werden, in welchem eine geringere Leistung, mithin ein „Leistungsderating“ vorliegt. Der Grad der Sauerstoffverarmung wird dabei wiederum in Abhängigkeit einer Lage der Leistungsgrenze geregelt, wobei eine stufenlose Anpassung der Sauerstoff- oder Luftverarmung möglich ist. Auf diese Weise lässt sich eine durchgängige Leistungsregelung zwischen einer Nullleistung und der Nennlast des Brennstoffzellensystems 100 realisieren, was die Kosten des Brennstoffzellensystems 100 und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs reduziert. Auch die Systemkomplexität und der Brennstoffverbrauch werden durch das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem 100 sowie das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug drastisch reduziert.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Brennstoffzellensystem
- 102
- Befeuchter (Konstituent)
- 103
- Kathodenzufuhrleitung
- 104
- Brennstoffzellenstapel
- 105
- Ladeluftkühler (Konstituent)
- 106
- Kathodenabgasleitung
- 107
- Anodenzufuhrleitung
- 108
- Brennstoffspeicher
- 109
- Anodenrezirkulationsleitung
- 110
- Brennstoffstellglied
- 111
- Wärmeübertrager (Konstituent)
- 112
- Verdichter (Konstituent)
- 114
- Strahlpumpe (Konstituent)
- 116
- Kühlkreislauf
- 118
- Konstituent des Kühlkreislaufs (z.B. KM-Pumpe, Kühler oder dergleichen)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2178148 A1 [0004]
- DE 102016109104 A1 [0004]
- DE 102015118424 A1 [0004]
