DE102020203355A1 - Control device and method for operating a fuel cell, fuel cell with such a control device, and vehicle with such a fuel cell - Google Patents

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Horst Weidele
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung (7) zum Betreiben einer Brennstoffzelle (5), mit einem Lageerfassungsmodul (9), das eingerichtet ist, um eine momentane Lage der Brennstoffzelle (5) zu erfassen, und mit einem Spülungssteuerungsmodul (13), das eingerichtet ist, um ein Spülen der Brennstoffzelle (5) mit einem Gas zu steuern, wobei das Spülungssteuerungsmodul (13) mit dem Lageerfassungsmodul (9) wirkverbunden und eingerichtet ist, um ein Spülen der Brennstoffzelle (5) zu unterlassen, wenn das Lageerfassungsmodul (9) eine momentane Lage der Brennstoffzelle (5) erfasst, die mindestens um einen vorbestimmten Grenzwinkel von einer vorbestimmten Normallage abweicht.The invention relates to a control device (7) for operating a fuel cell (5), with a position detection module (9) which is set up to detect a current position of the fuel cell (5), and with a flushing control module (13) which is set up to control purging of the fuel cell (5) with a gas, wherein the purging control module (13) is operatively connected to the position detection module (9) and is configured to omit purging of the fuel cell (5) when the position detection module (9) has a Detects the current position of the fuel cell (5) which deviates from a predetermined normal position by at least a predetermined critical angle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum Betreiben einer Brennstoffzelle, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle, eine Brennstoffzelle mit einer solchen Steuereinrichtung, und ein Fahrzeug mit einer solchen Brennstoffzelle und einer Steuereinrichtung.The invention relates to a control device for operating a fuel cell, a method for operating a fuel cell, a fuel cell with such a control device, and a vehicle with such a fuel cell and a control device.

Eine Steuereinrichtung der hier angesprochenen Art, die eingerichtet ist, um eine Brennstoffzelle zu betreiben, weist ein Spülungssteuerungsmodul auf, das eingerichtet ist, um ein Spülen der Brennstoffzelle mit einem Gas zu steuern. Damit ein Spülgas sowie durch das Spülgas erfasste Stoffe aus der Brennstoffzelle ausgespült werden können, bedarf es einer Anordnung der Brennstoffzelle in einer bestimmten Lage, die insbesondere ein Entweichen des Spülgases sowie der ausgespülten Stoffe ermöglicht. Dies erweist sich als problematisch bei Anwendungen, bei denen die Brennstoffzelle diese bestimmte Lage, die auch als Normallage bezeichnet wird, verlassen kann. Dabei kann nicht nur der Spülvorgang selbst, sondern auch der weitere Betrieb der Brennstoffzelle beeinträchtigt werden.A control device of the type discussed here, which is set up to operate a fuel cell, has a purging control module which is set up to control purging of the fuel cell with a gas. So that a flushing gas and substances captured by the flushing gas can be flushed out of the fuel cell, the fuel cell must be arranged in a certain position, which in particular enables the flushing gas and the flushed-out substances to escape. This proves to be problematic in applications in which the fuel cell can leave this specific position, which is also referred to as the normal position. Not only the flushing process itself, but also the further operation of the fuel cell can be impaired.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung zum Betreiben einer Brennstoffzelle, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle, eine Brennstoffzelle mit einer solchen Steuereinrichtung, und ein Fahrzeug mit einer solchen Brennstoffzelle und einer solchen Steuereinrichtung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.The invention is therefore based on the object of creating a control device for operating a fuel cell, a method for operating a fuel cell, a fuel cell with such a control device, and a vehicle with such a fuel cell and such a control device, the disadvantages mentioned not occurring.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.The object is achieved in that the present technical teaching is provided, in particular the teaching of the independent claims and the embodiments disclosed in the dependent claims and the description.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Steuereinrichtung geschaffen wird, die ein Lageerfassungsmodul aufweist, das eingerichtet ist, um eine momentane Lage der Brennstoffzelle zu erfassen. Das Spülungssteuerungsmodul ist mit dem Lageerfassungsmodul wirkverbunden und eingerichtet, um ein Spülen der Brennstoffzelle zu unterlassen, wenn das Lageerfassungsmodul eine momentane Lage der Brennstoffzelle erfasst, die mindestens um einen vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweicht. Somit ist die Steuereinrichtung insbesondere vorteilhaft in der Lage, ein Spülen der Brennstoffzelle unter hierfür ungünstigen Bedingungen zu vermeiden, insbesondere das Spülen anschließend unter geeigneten Bedingungen durchzuführen, und damit nicht zuletzt einen fortdauernden, unbeeinträchtigten Betrieb der Brennstoffzelle zu gewährleisten.The object is achieved in particular by creating a control device which has a position detection module which is set up to detect a current position of the fuel cell. The purging control module is operatively connected to the position detection module and designed to omit purging of the fuel cell when the position detection module detects a current position of the fuel cell that deviates from the predetermined normal position by at least a predetermined critical angle. Thus, the control device is particularly advantageously able to avoid purging the fuel cell under unfavorable conditions, in particular then to carry out purging under suitable conditions, and thus not least to ensure continued, unimpaired operation of the fuel cell.

Die Steuereinrichtung ist bevorzugt ausgebildet zur Verwendung in einem Fahrzeug, insbesondere in einem boden-, wasser- und/oder luftgebundenen Fahrzeug, insbesondere in einem Schifffahrzeug. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung eine Steuereinrichtung eines Fahrzeugs, bevorzugt eine Steuereinrichtung eines Schifffahrzeugs.The control device is preferably designed for use in a vehicle, in particular in a ground, water and / or air-bound vehicle, in particular in a ship. The control device is preferably a control device of a vehicle, preferably a control device of a ship.

Eine Lage der Brennstoffzelle ist vorzugsweise eine Winkellage relativ zu der vorbestimmten Normallage. Die vorbestimmte Normallage entspricht bevorzugt einer generalisierten - das heißt gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Beschleunigungskräften - horizontal und/oder vertikal ausgerichteten Lage der Brennstoffzelle. Eine Lage, insbesondere eine momentane Lage, der Brennstoffzelle wird bevorzugt beschrieben durch einen Winkel, den eine Kante oder Achse, insbesondere eine Hochachse und/oder eine Querachse, der Brennstoffzelle mit einer - vorzugsweise generalisierten - Vertikalen und/oder einer Horizontalen einschließt. Die vorzugsweise generalisierte Vertikale ist dabei eine in Richtung eines Summenvektors aus einem Gravitationsvektor und einem Beschleunigungsvektor weisende Achse; die Horizontale steht senkrecht auf der Vertikalen und damit senkrecht auf dem Summenvektor. Befindet sich die Brennstoffzelle in einer unbeschleunigten Bewegung, so dass keine Beschleunigungskräfte auftreten, ist der Summenvektor gleich dem Gravitationsvektor; treten dagegen Beschleunigungskräfte, insbesondere Zentripetalkräfte, auf, entspricht der Summenvektor einem scheinbaren Gravitationsvektor am Ort der Brennstoffzelle und zeigt die für einen mitbewegten Beobachter scheinbare lokale Richtung der Schwerkraft an. Insbesondere ist die Lage der Brennstoffzelle bevorzugt beschrieben durch einen Winkel, den die Hochachse der Brennstoffzelle mit der insbesondere generalisierten Vertikalen einschließt. Die Hochachse der Brennstoffzelle ist dabei eine Achse, die bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Brennstoffzelle in der vorbestimmten Normallage parallel zu der insbesondere generalisierten Vertikalen ausgerichtet ist. Alternativ oder zusätzlich ist die Lage der Brennstoffzelle beschrieben durch einen Winkel, den die Querachse der Brennstoffzelle mit der Horizontalen einschließt. Die Querachse der Brennstoffzelle steht dabei senkrecht auf der Hochachse der Brennstoffzelle. Ist die Brennstoffzelle in der vorbestimmten Normallage angeordnet, erstreckt sich die Querachse der Brennstoffzelle parallel zur Horizontalen.A position of the fuel cell is preferably an angular position relative to the predetermined normal position. The predetermined normal position preferably corresponds to a generalized position of the fuel cell that is oriented horizontally and / or vertically, that is to say, if necessary, taking into account acceleration forces. A position, in particular a current position, of the fuel cell is preferably described by an angle which an edge or axis, in particular a vertical axis and / or a transverse axis, of the fuel cell encloses with a - preferably generalized - vertical and / or horizontal. The preferably generalized vertical is an axis pointing in the direction of a sum vector composed of a gravitational vector and an acceleration vector; the horizontal is perpendicular to the vertical and thus perpendicular to the sum vector. If the fuel cell is in an unaccelerated movement so that no acceleration forces occur, the sum vector is equal to the gravitational vector; if, on the other hand, acceleration forces, in particular centripetal forces, occur, the sum vector corresponds to an apparent gravitational vector at the location of the fuel cell and indicates the local direction of gravity which is apparent for an observer who is moving along. In particular, the position of the fuel cell is preferably described by an angle which the vertical axis of the fuel cell encloses with the, in particular, generalized vertical. The vertical axis of the fuel cell is an axis which, when the fuel cell is arranged as intended in the predetermined normal position, is aligned parallel to the, in particular, generalized vertical. Alternatively or additionally, the position of the fuel cell is described by an angle which the transverse axis of the fuel cell includes with the horizontal. The transverse axis of the fuel cell is perpendicular to the vertical axis of the fuel cell. If the fuel cell is arranged in the predetermined normal position, the transverse axis of the fuel cell extends parallel to the horizontal.

Bei einer Brennstoffzelle, insbesondere bei einer Polymerelektrolytbrennstoffzelle oder Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle, ergibt sich das Erfordernis, insbesondere eine Anode in regelmäßigen Abständen oder bedarfsweise zu spülen, um Verunreinigungen insbesondere durch Inertgase oder Kondensat auszutragen und somit eine Verschlechterung der Leistungsparameter zu vermeiden. Dieser Spülvorgang kann insbesondere in regelmäßigen Abständen, beispielsweise von 15 Sekunden, erfolgen. Diese Zeitabstände können aber auch von 1 Minute bis 40 Minuten betragen. Auch ein Spülen in unregelmäßigen Abständen ist möglich, wenn die Spülung beispielsweise aufgrund eines Leistungsabfalls nötig wird. In diesem Fall wird vorzugsweise eine Zellenspannung der Brennstoffzelle überwacht, und bei Unterschreiten eines Zellenspannungs-Grenzwerts wird der Spülvorgang durchgeführt. Der Spülvorgang selbst währt typischerweise von 0,2 Sekunden bis 2 Sekunden.In the case of a fuel cell, in particular a polymer electrolyte fuel cell or proton exchange membrane fuel cell, there is a need to flush an anode in particular at regular intervals or if necessary, in order to remove impurities, particularly through inert gases or condensate, and thus worsen the performance parameters avoid. This rinsing process can in particular take place at regular intervals, for example of 15 seconds. However, these time intervals can also be from 1 minute to 40 minutes. Flushing at irregular intervals is also possible if flushing is necessary, for example due to a drop in performance. In this case, a cell voltage of the fuel cell is preferably monitored, and the flushing process is carried out if the cell voltage falls below a limit value. The flushing process itself typically lasts from 0.2 seconds to 2 seconds.

Insbesondere ist das Spülungssteuerungsmodul bevorzugt eingerichtet, um ein Spülen der Anode der Brennstoffzelle mit einem Gas zu steuern.In particular, the purging control module is preferably set up to control purging of the anode of the fuel cell with a gas.

Das Spülen wird vorzugsweise mit einem Inertgas oder mit einem Eduktgas, insbesondere Wasserstoff, insbesondere mit reinem Wasserstoff, durchgeführt.The purging is preferably carried out with an inert gas or with an educt gas, in particular hydrogen, in particular with pure hydrogen.

Dass das Spülungssteuerungsmodul eingerichtet ist, um das Spülen der Brennstoffzelle zu unterlassen, bedeutet insbesondere, dass das Spülungssteuerungsmodul eingerichtet ist, um das Spülen der Brennstoffzelle zu unterdrücken, insbesondere zeitlich zu verzögern, wenn die Lage der Brennstoffzelle um mindestens den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweicht.The fact that the purging control module is set up to omit purging of the fuel cell means in particular that the purging control module is set up to suppress purging of the fuel cell, in particular to delay it in time, when the position of the fuel cell is at least the predetermined limit angle from the predetermined normal position deviates.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der vorbestimmte Grenzwinkel von 5° bis höchstens 42° beträgt, vorzugsweise 10°. Hierbei handelt es sich insbesondere um Winkelbereiche und Winkel, bei deren Überschreiten eine Funktion der Brennstoffzelle beeinträchtigt sein kann.According to a further development of the invention, it is provided that the predetermined limit angle is from 5 ° to a maximum of 42 °, preferably 10 °. These are in particular angular ranges and angles which, if exceeded, can impair the function of the fuel cell.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Spülungssteuerungsmodul eingerichtet ist, um das Spülen der Brennstoffzelle mit dem Gas zu verzögern, bis die Lage der Brennstoffzelle um weniger als den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweicht. Somit kann gewährleistet werden, dass ein Spülen der Brennstoffzelle erst dann wieder erfolgt, wenn dies ohne Beeinträchtigung der Funktion der Brennstoffzelle möglich ist.According to a development of the invention, it is provided that the purging control module is set up to delay the purging of the fuel cell with the gas until the position of the fuel cell deviates from the predetermined normal position by less than the predetermined critical angle. It can thus be ensured that the fuel cell is only rinsed again when this is possible without impairing the function of the fuel cell.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ein Leistungssteuerungsmodul aufweist, das eingerichtet ist, um eine Leistung der Brennstoffzelle, das heißt insbesondere eine von der Brennstoffzelle abgegebene Leistung, insbesondere eine von der Brennstoffzelle abgegebene elektrische Leistung, zu reduzieren, wenn die momentane Lage der Brennstoffzelle mindestens um den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweicht. Vorteilhaft kann so das Spülen der Brennstoffzelle länger herausgezögert werden, als wenn die Leistung der Brennstoffzelle nicht reduziert würde. Insoweit gilt nämlich der Zusammenhang, dass die Brennstoffzelle mit höherer abgegebener Leistung öfter gespült werden muss, um eine unbeeinträchtigte Funktionsfähigkeit zu gewährleisten. Wird demnach die Leistung der Brennstoffzelle reduziert, vergrößern sich die zeitlichen Abstände zwischen den nötigen Spülvorgängen.According to a further development of the invention, it is provided that the control device has a power control module which is set up to reduce a power of the fuel cell, that is to say in particular a power output by the fuel cell, in particular an electrical power output by the fuel cell, when the current Location of the fuel cell deviates from the predetermined normal position by at least the predetermined critical angle. In this way, the flushing of the fuel cell can advantageously be delayed longer than if the power of the fuel cell were not reduced. To this extent, namely, the connection applies that the fuel cell must be flushed more often with a higher output power in order to ensure unimpaired functionality. If the power of the fuel cell is reduced accordingly, the time intervals between the necessary flushing processes increase.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ein Prognosemodul aufweist, das eingerichtet ist, um einen zukünftigen Zeitpunkt zu prognostizieren, zu dem die Lage der Brennstoffzelle mindestens um den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweichen wird. Das Prognosemodul ist somit insbesondere eingerichtet, um eine zukünftige Lage der Brennstoffzelle vorherzusagen. Somit ist es vorteilhaft möglich, eine Abschätzung der zukünftigen Lage der Brennstoffzelle zu treffen und insbesondere Spülvorgänge und/oder die Leistung der Brennstoffzelle entsprechend vorausschauend zu steuern.According to a further development of the invention, it is provided that the control device has a forecast module which is set up to forecast a future point in time at which the position of the fuel cell will deviate from the predetermined normal position by at least the predetermined critical angle. The forecast module is thus set up in particular to predict a future position of the fuel cell. It is thus advantageously possible to estimate the future position of the fuel cell and, in particular, to control flushing processes and / or the power of the fuel cell accordingly in a predictive manner.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Spülungssteuerungsmodul eingerichtet ist, um einen anstehenden Spülvorgang für die Brennstoffzelle vorzuziehen, wenn das Prognosemodul prognostiziert, dass der anstehende Spülvorgang ansonsten zu einer Zeit durchgeführt würde, zu der die Lage der Brennstoffzelle mindestens um den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweichen wird. Das Spülungssteuerungsmodul ist also insbesondere eingerichtet, um den anstehenden Spülvorgang der Brennstoffzelle vorzuziehen, wenn für den eigentlich vorgesehenen Zeitpunkt des anstehenden Spülvorgangs eine Abweichung der Lage der Brennstoffzelle mindestens um den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage durch das Prognosemodul vorhergesagt wird. Auf diese Weise kann vorteilhaft verhindert werden, dass ein Spülen genau zu dem Zeitpunkt nötig wird, zu dem die Lage der Brennstoffzelle mindestens um den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweicht. Bevorzugt ist das Spülungssteuerungsmodul mit dem Prognosemodul wirkverbunden.According to a further development of the invention, it is provided that the flushing control module is set up to bring forward an upcoming flushing process for the fuel cell if the forecast module predicts that the upcoming flushing process would otherwise be carried out at a time when the position of the fuel cell is at least around the predetermined critical angle will deviate from the predetermined normal position. The purging control module is therefore set up in particular to bring the pending purging process to the fuel cell earlier if the forecast module predicts a deviation in the position of the fuel cell by at least the predetermined critical angle from the predetermined normal position for the actually intended time of the pending purging process. In this way, it can advantageously be prevented that flushing becomes necessary precisely at the point in time at which the position of the fuel cell deviates from the predetermined normal position by at least the predetermined critical angle. The flushing control module is preferably operatively connected to the prognosis module.

Das Prognosemodul ist bevorzugt zusätzlich eingerichtet, um einen Spülvorgang zu terminieren, insbesondere indem Spülvorgänge in regelmäßigen Zeitabständen angesetzt werden, oder indem eine bedarfsweise Spülung, beispielsweise aufgrund einer Leistungsentwicklung oder Zellspannungs-Entwicklung der Brennstoffzelle, vorhergesagt wird.The forecast module is preferably additionally set up to terminate a flushing process, in particular by scheduling flushing processes at regular time intervals, or by predicting flushing as required, for example on the basis of a power development or cell voltage development of the fuel cell.

Das Prognosemodul ist bevorzugt insbesondere eingerichtet, um eine zukünftige Lage der Brennstoffzelle anhand vergangener erfasster Lagen der Brennstoffzelle, insbesondere anhand einer zeitlichen Entwicklung der Lage der Brennstoffzelle, zu prognostizieren. Insbesondere ist das Prognosemodul bevorzugt eingerichtet, um eine erfasste zeitliche Entwicklung der Lage der Brennstoffzelle zeitlich zu extrapolieren. Dabei werden bevorzugt Informationen wie beispielsweise eine vorab durchgeführte Routenplanung, beispielsweise ein Flugplan, und daraus ableitbare weitere Informationen über die Lage der Brennstoffzelle durch das Prognosemodul berücksichtigt.The forecast module is preferably set up, in particular, to determine a future position of the fuel cell on the basis of past recorded positions of the fuel cell, in particular on the basis of a temporal development of the position of the fuel cell. In particular, the forecast module is preferably set up to extrapolate over time a recorded development of the position of the fuel cell over time. Information such as a route planning carried out in advance, for example a flight plan, and further information about the location of the fuel cell that can be derived therefrom are preferably taken into account by the forecast module.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle geschaffen wird, mit folgenden Schritten: Es wird eine momentane Lage der Brennstoffzelle erfasst, und ein Spülen der Brennstoffzelle wird unterlassen, insbesondere unterdrückt, vorzugsweise verzögert, wenn die erfasste momentane Lage mindestens um einen vorbestimmten Grenzwinkel von einer vorbestimmten Normallage abweicht. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Steuereinrichtung erläutert wurden.The object is also achieved in that a method for operating a fuel cell is created, with the following steps: A current position of the fuel cell is recorded, and purging of the fuel cell is omitted, in particular suppressed, preferably delayed, if the recorded current position is at least by a predetermined critical angle deviates from a predetermined normal position. In connection with the method, there are in particular the advantages that have already been explained in connection with the control device.

Der vorbestimmte Grenzwinkel beträgt bevorzugt von mindestens 5° bis höchstens 42°, vorzugsweise 10°.The predetermined critical angle is preferably from at least 5 ° to at most 42 °, preferably 10 °.

Vorzugsweise wird das Spülen der Brennstoffzelle verzögert, bis die erfasste Lage der Brennstoffzelle um weniger als den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweicht.The purging of the fuel cell is preferably delayed until the detected position of the fuel cell deviates from the predetermined normal position by less than the predetermined critical angle.

Vorzugsweise wird eine Prognose erstellt, wann, das heißt zu welchem Zeitpunkt in der Zukunft, die Lage der Brennstoffzelle mindestens um den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweichen wird.A prognosis is preferably made as to when, that is to say at what point in time in the future, the position of the fuel cell will deviate from the predetermined normal position by at least the predetermined critical angle.

Vorzugsweise wird ein anstehender Spülvorgang zeitlich vorgezogen, wenn die erstellte Prognose ergibt, dass die Lage der Brennstoffzelle mindestens um den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage zu einem Zeitpunkt abweichen wird, zu dem der anstehende Spülvorgang in der Zukunft terminiert ist. Der anstehende Spülvorgang wird also insbesondere von einer ferneren Zukunft in eine nähere Zukunft verlagert oder sofort durchgeführt, um ein Spülen der Brennstoffzelle zu dem prognostizierten Zeitpunkt zu vermeiden, zu welchem die Lage der Brennstoffzelle mindestens um den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweichen wird.A pending flushing process is preferably brought forward if the prognosis made shows that the position of the fuel cell will deviate from the predetermined normal position by at least the predetermined limit angle at a point in time at which the pending flushing process is terminated in the future. The pending flushing process is therefore in particular shifted from a distant future to the near future or carried out immediately in order to avoid flushing the fuel cell at the predicted point in time at which the position of the fuel cell will deviate from the predetermined normal position by at least the predetermined critical angle.

Vorzugsweise wird eine Leistung der Brennstoffzelle, insbesondere eine von der Brennstoffzelle aufgebrachte Leistung, insbesondere eine von der Brennstoffzelle aufgebrachte elektrische Leistung, reduziert, wenn die Lage der Brennstoffzelle mindestens um den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweicht.A power of the fuel cell, in particular a power applied by the fuel cell, in particular an electrical power applied by the fuel cell, is preferably reduced if the position of the fuel cell deviates from the predetermined normal position by at least the predetermined critical angle.

Die Steuereinrichtung ist bevorzugt eingerichtet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens.The control device is preferably set up to carry out the method according to the invention or one of the previously described embodiments of the method.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennstoffzelle geschaffen wird, welche eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung oder eine Steuereinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Alternativ wird die Aufgabe auch gelöst, indem eine Brennstoffzelle in Kombination mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung oder eine Steuereinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele geschaffen wird. In Zusammenhang mit der Brennstoffzelle oder der Brennstoffzelle in Kombination mit der Steuereinrichtung ergeben sich insbesondere die zuvor bereits in Zusammenhang mit der Steuereinrichtung erläuterten Vorteile.The object is also achieved by creating a fuel cell which has a control device according to the invention or a control device according to one of the exemplary embodiments described above. Alternatively, the object is also achieved by creating a fuel cell in combination with a control device according to the invention or a control device according to one of the exemplary embodiments described above. In connection with the fuel cell or the fuel cell in combination with the control device, there are in particular the advantages already explained above in connection with the control device.

Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Fahrzeug geschaffen wird, welches eine Brennstoffzelle sowie eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung oder eine Steuereinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Alternativ oder zusätzlich weist das Fahrzeug eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle oder eine Brennstoffzelle gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele auf. In Zusammenhang mit dem Fahrzeug ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit der Steuereinrichtung erläutert wurden.Finally, the object is also achieved by creating a vehicle which has a fuel cell and a control device according to the invention or a control device according to one of the exemplary embodiments described above. Alternatively or additionally, the vehicle has a fuel cell according to the invention or a fuel cell according to one of the exemplary embodiments described above. In connection with the vehicle, there are in particular the advantages that have already been explained above in connection with the control device.

Vorzugsweise weist das Fahrzeug einen Lagesensor auf, der mit dem Lageerfassungsmodul wirkverbunden ist. Der Lagesensor ist eingerichtet, um die momentane Lage der Brennstoffzelle zu detektieren, und entsprechende Signale, Steuerwerte, und/oder Daten an das Lageerfassungsmodul der Steuereinrichtung zu leiten. Das Lageerfassungsmodul ist dann auf Grundlage der von dem Lagesensor übermittelten Signale, Steuerwerte und/oder Daten in der Lage, die momentane Lage der Brennstoffzelle zu erfassen, insbesondere zu ermitteln, vorzugsweise zu berechnen.The vehicle preferably has a position sensor which is operatively connected to the position detection module. The position sensor is set up to detect the current position of the fuel cell and to pass corresponding signals, control values and / or data to the position detection module of the control device. The position detection module is then able, on the basis of the signals, control values and / or data transmitted by the position sensor, to detect, in particular to determine, preferably to calculate the current position of the fuel cell.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fahrzeug ein boden-, wasser- und/oder luftgebundenes Fahrzeug, insbesondere ein Flugzeug oder ein Schifffahrzeug, insbesondere ein Seenotrettungskreuzer oder ein Unterwasserfahrzeug, insbesondere ein Unterseeboot, ist. Insbesondere bei einer Ausgestaltung als Schifffahrzeug ergeben sich die bereits zuvor erläuterten Vorteile, da die Lage eines Schifffahrzeugs typischerweise starken zeitlichen Schwankungen unterliegt.According to a further development of the invention it is provided that the vehicle is a ground, water and / or airborne vehicle, in particular an aircraft or a ship, in particular a rescue cruiser or an underwater vehicle, in particular a submarine. In particular, when it is designed as a ship, the advantages already explained above result, since the position of a ship is typically subject to strong fluctuations over time.

Insbesondere kann ein Seenotrettungskreuzer durchkentern, wobei ein Spülen der Brennstoffzelle insbesondere beim Durchkentern unterbunden sein soll. Ein Betrieb der Brennstoffzelle nach dem Durchkentern soll weiterhin möglich sein. Insbesondere dies erlauben vorteilhaft die hier vorgeschlagene Steuereinrichtung sowie das hier vorgeschlagene Verfahren.In particular, a sea rescue cruiser can overturn, whereby flushing of the fuel cell should be prevented, in particular when overturning. It should still be possible to operate the fuel cell after capsizing. In particular, this is advantageously made possible by the control device proposed here and the method proposed here.

Mittels des Prognosemoduls wird bevorzugt ermittelt, ob und insbesondere wann das Schifffahrzeug in eine kritische Position kommt. Der Spülvorgang wird dann bevorzugt vor dem eigentlich angesetzten Zeitpunkt durchgeführt, sodass insbesondere beim Durchkentern kein Spülen nötig ist.The forecast module is preferably used to determine whether and, in particular, when the ship comes into a critical position. The flushing process is then preferably carried out before the actually scheduled time, so that no flushing is necessary, especially when capsizing.

Außerdem wird bevorzugt die Leistung der Brennstoffzelle reduziert, wenn das Schifffahrzeug in einer kritischen Lage ist, sodass der Spülvorgang hinausgezögert werden kann. Da das Schifffahrzeug in der kritischen Lage typischerweise nicht manövrierfähig ist, beispielsweise wenn Steuerruder- und/oder Antriebswelle beim Durchkentern aus dem Wasser ragen, ist das Hinauszögern des Spülvorgangs unkritisch. Es muss nämlich in diesem Zustand nur eine geringere Leistung für den Betrieb des Schiffs bereitgestellt werden.In addition, the power of the fuel cell is preferably reduced when the ship is in a critical situation, so that the flushing process can be delayed. Since the ship is typically not maneuverable in the critical situation, for example if the rudder and / or drive shaft protrude from the water during capsizing, delaying the flushing process is not critical. This is because in this state only a small amount of power has to be provided for the operation of the ship.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs mit einem Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzelle und einem Ausführungsbeispiel einer Steuereinrichtung.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. The single FIGURE shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a vehicle with an exemplary embodiment of a fuel cell and an exemplary embodiment of a control device.

Die einzige Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 1, insbesondere eines Schifffahrzeugs 3, mit einem Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzelle 5. Das Schifffahrzeug 3 ist vorzugsweise als Seenotrettungskreuzer oder als Unterseeboot ausgebildet.The single FIGURE shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a vehicle 1 , especially a ship 3 , with an embodiment of a fuel cell 5 . The ship 3 is preferably designed as a rescue cruiser or as a submarine.

Das Fahrzeug 1 weist außerdem ein Ausführungsbeispiel einer Steuereinrichtung 7 auf, die eingerichtet ist zum Betreiben der Brennstoffzelle 5. Die Steuereinrichtung 7 weist insbesondere ein Lageerfassungsmodul 9 auf, das vorzugsweise mit einem Lagesensor 11 wirkverbunden und eingerichtet ist, um - insbesondere mittels durch den Lagesensor 11 übermittelter Signale, Steuerwerte und/oder Daten, eine momentane Lage der Brennstoffzelle 5 zu erfassen. Außerdem weist die Steuereinrichtung 7 ein Spülungssteuerungsmodul 13 auf, das eingerichtet ist, um ein Spülen der Brennstoffzelle 5 mit einem Gas zu steuern. Das Spülungssteuerungsmodul 13 ist mit dem Lageerfassungsmodul 9 wirkverbunden und eingerichtet, um ein Spülen der Brennstoffzelle 5 zu unterlassen, insbesondere zu unterdrücken, vorzugsweise zu verzögern, wenn das Lageerfassungsmodul 9 eine Lage der Brennstoffzelle 5 erfasst, die mindestens um einen vorbestimmten Grenzwinkel von einer vorbestimmten Normallage abweicht.The vehicle 1 also includes an embodiment of a controller 7th that is set up to operate the fuel cell 5 . The control device 7th has in particular a position detection module 9 on, preferably with a position sensor 11 is operatively connected and set up to - in particular by means of the position sensor 11 transmitted signals, control values and / or data, a current position of the fuel cell 5 capture. In addition, the control device 7th a flush control module 13th on, which is set up to purge the fuel cell 5 to steer with a gas. The flush control module 13th is with the position detection module 9 operatively connected and set up to flush the fuel cell 5 to refrain from, in particular to suppress, preferably to delay when the position detection module 9 a location of the fuel cell 5 detected that deviates from a predetermined normal position by at least a predetermined critical angle.

Der vorbestimmte Grenzwinkel beträgt bevorzugt von mindestens 5° bis höchstens 42°, vorzugsweise 10°.The predetermined critical angle is preferably from at least 5 ° to at most 42 °, preferably 10 °.

Vorzugsweise wird das Spülen der Brennstoffzelle 5 durch das Spülungssteuerungsmodul 13 solange verzögert, bis die Lage der Brennstoffzelle 5 um weniger als den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweicht.Flushing the fuel cell is preferred 5 through the flush control module 13th delayed until the position of the fuel cell 5 deviates from the predetermined normal position by less than the predetermined critical angle.

Die Steuereinrichtung 7 weist außerdem bevorzugt ein Leistungssteuerungsmodul 15 auf, das eingerichtet ist, um eine Leistung der Brennstoffzelle 5 zu reduzieren, wenn die Lage der Brennstoffzelle 5 mindestens um den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweicht.The control device 7th also preferably has a power control module 15th on that is set up to power the fuel cell 5 to reduce if the location of the fuel cell 5 deviates from the predetermined normal position by at least the predetermined critical angle.

Die Steuereinrichtung 7 weist außerdem bevorzugt ein Prognosemodul 17 auf, das eingerichtet ist, um eine Prognose zu erstellen, wann in der Zukunft eine Lage der Brennstoffzelle 5 mindestens um den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweichen wird. Das Spülungssteuerungsmodul 13 ist vorzugsweise mit dem Prognosemodul 17 wirkverbunden und eingerichtet, um einen anstehenden Spülvorgang vorzuziehen, wenn gemäß der durch das Prognosemodul 17 erstellten Prognose die Lage der Brennstoffzelle 5 zu dem Zeitpunkt des anstehenden Spülvorgangs mindestens um den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweichen wird.The control device 7th also preferably has a forecast module 17th that is set up to provide a prognosis as to when in the future there will be a situation in the fuel cell 5 will deviate from the predetermined normal position by at least the predetermined critical angle. The flush control module 13th is preferably with the forecast module 17th Operationally connected and set up to bring forward an upcoming flushing process, if according to the forecast module 17th prepared forecast the location of the fuel cell 5 will deviate from the predetermined normal position by at least the predetermined critical angle at the time of the pending flushing process.

Claims (10)

Steuereinrichtung (7) zum Betreiben einer Brennstoffzelle (5), mit einem Lageerfassungsmodul (9), das eingerichtet ist, um eine momentane Lage der Brennstoffzelle (5) zu erfassen, und mit einem Spülungssteuerungsmodul (13), das eingerichtet ist, um ein Spülen der Brennstoffzelle (5) mit einem Gas zu steuern, wobei das Spülungssteuerungsmodul (13) mit dem Lageerfassungsmodul (9) wirkverbunden und eingerichtet ist, um ein Spülen der Brennstoffzelle (5) zu unterlassen, wenn das Lageerfassungsmodul (9) eine momentane Lage der Brennstoffzelle (5) erfasst, die mindestens um einen vorbestimmten Grenzwinkel von einer vorbestimmten Normallage abweicht.Control device (7) for operating a fuel cell (5), with a position detection module (9), which is designed to detect a current position of the fuel cell (5), and with a flushing control module (13), which is designed to flush to control the fuel cell (5) with a gas, the purging control module (13) being operatively connected to the position detection module (9) and set up to omit purging of the fuel cell (5) when the position detection module (9) has a current position of the fuel cell (5) detected which deviates from a predetermined normal position by at least a predetermined critical angle. Steuereinrichtung (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Grenzwinkel von mindestens 5° bis höchstens 42°, vorzugsweise 10° beträgt.Control device (7) after Claim 1 , characterized in that the predetermined critical angle is at least 5 ° to at most 42 °, preferably 10 °. Steuereinrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülungssteuerungsmodul (13) eingerichtet ist, um das Spülen der Brennstoffzelle (5) zu verzögern, bis die Lage der Brennstoffzelle (5) um weniger als den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweicht.Control device (7) according to one of the preceding claims, characterized in that the flushing control module (13) is set up to delay the flushing of the fuel cell (5) until the position of the fuel cell (5) deviates from the predetermined normal position by less than the predetermined critical angle. Steuereinrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Leistungssteuerungsmodul (15), das eingerichtet ist, um eine Leistung der Brennstoffzelle (5) zu reduzieren, wenn das Lageerfassungsmodul (9) eine momentane Lage der Brennstoffzelle erfasst, die mindestens um den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweicht.Control device (7) according to one of the preceding claims, characterized by a power control module (15) which is set up to reduce a power of the fuel cell (5) when the position detection module (9) detects a current position of the fuel cell that is at least about predetermined critical angle deviates from the predetermined normal position. Steuereinrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Prognosemodul (17), das eingerichtet ist, um einen zukünftigen Zeitpunkt zu prognostizieren, zu dem die Lage der Brennstoffzelle (5) um mindestens den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweichen wird.Control device (7) according to one of the preceding claims, characterized by a forecast module (17) which is set up to forecast a future point in time at which the position of the fuel cell (5) will deviate from the predetermined normal position by at least the predetermined limit angle. Steuereinrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülungssteuerungsmodul (13) eingerichtet ist, um einen anstehenden Spülvorgang für die Brennstoffzelle (5) vorzuziehen, wenn das Prognosemodul (17) prognostiziert, dass der anstehende Spülvorgang ansonsten zu einer Zeit durchgeführt würde, zu der die Lage der Brennstoffzelle (5) mindestens um den vorbestimmten Grenzwinkel von der vorbestimmten Normallage abweichen wird.Control device (7) according to one of the preceding claims, characterized in that the purging control module (13) is set up to bring forward a pending purging process for the fuel cell (5) if the forecast module (17) predicts that the pending purging process will otherwise be at a time would be carried out, at which the position of the fuel cell (5) will deviate from the predetermined normal position by at least the predetermined critical angle. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle (5), wobei eine momentane Lage der Brennstoffzelle (5) erfasst wird, und wobei ein Spülen der Brennstoffzelle (5) mit einem Gas unterlassen wird, wenn die momentane Lage der Brennstoffzelle (5) um mindestens einen vorbestimmten Grenzwinkel von einer vorbestimmten Normallage abweicht.Method for operating a fuel cell (5), wherein a current position of the fuel cell (5) is detected, and purging of the fuel cell (5) with a gas is omitted if the current position of the fuel cell (5) is at least a predetermined limit angle deviates from a predetermined normal position. Brennstoffzelle (5), mit einer Steuereinrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.Fuel cell (5), with a control device (7) according to one of the Claims 1 until 6th . Fahrzeug (1), mit einer Steuereinrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, und mit einer Brennstoffzelle (5), die mit der Steuereinrichtung (7) wirkverbunden ist, sodass die Brennstoffzelle (5) durch die Steuereinrichtung (7) ansteuerbar ist.Vehicle (1), with a control device (7) according to one of the Claims 1 until 6th , and with a fuel cell (5) which is operatively connected to the control device (7) so that the fuel cell (5) can be controlled by the control device (7). Fahrzeug (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) ein boden-, wasser- und/oder luftgebundenes Fahrzeug (1), insbesondere ein Schifffahrzeug (3), insbesondere ein Seenotrettungskreuzer oder ein Unterwasserfahrzeug ist.Vehicle (1) after Claim 9 , characterized in that the vehicle (1) is a ground, water and / or airborne vehicle (1), in particular a ship (3), in particular a sea rescue cruiser or an underwater vehicle.
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