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Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, ein Verfahren und ein Fahrzeug.
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Stand der Technik
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In Bussen, mittelschweren und schweren Lastkraftwagen kommen häufig Brennstoffzellensysteme mit mehreren Brennstoffzellenstapeln zum Einsatz. Im realen Betrieb sind häufig nur kleine und mittlere Leistungen erforderlich, sodass ein oder sogar mehrere Brennstoffzellenstapel abgeschaltet werden können und ein Betrieb mit lediglich einer Auswahl an Brennstoffzellenstapeln eines Gesamtbrennstoffzellensystems erfolgt.
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Zum Erreichen einer vorgegebenen Lebensdauer von bspw. 20.000h ist es erforderlich, die jeweiligen Brennstoffzellenstapel eines Brennstoffzellensystems mit einer entsprechend optimierten Betriebsstrategie zu steuern. Insbesondere soll dabei vermieden werden, dass ein erster Brennstoffzellenstapel immer aktiv ist und alle weiteren Brennstoffzellenstapel nur bei Bedarf hinzugeschaltet werden, da dies den ersten Brennstoffzellenstapel im Vergleich zu den anderen Brennstoffzellenstapeln stark beanspruchen und ggf. zu einem verfrühten Ausfall des ersten Brennstoffzellenstapels und einer entsprechend minimalen Lebensdauer des Brennstoffzellensystems führen würde.
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Offenbarung der Erfindung
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Im Rahmen der vorgestellten Erfindung werden ein Brennstoffzellensystem, ein Verfahren und ein Fahrzeug vorgestellt. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die vorgestellte Erfindung dient insbesondere dazu einen Betrieb eines Brennstoffzellensystems mit mehreren Brennstoffzellenstapeln derart zu ermöglichen, dass dieses bis zu dessen Lebensende mit Volllast, d.h. mit Energie aus sämtlichen Brennstoffzellenstapeln betrieben werden kann. Entsprechend dient die vorgestellte Erfindung dazu, eine Zeit zwischen verschleißbedingten Defekten verschiedener Brennstoffzellenstapel eines Brennstoffzellensystems zu minimieren, und einen Betrieb des Brennstoffzellensystems mit einer reduzierten Anzahl Brennstoffzellenstapel zu vermeiden.
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Es wird somit gemäß einem ersten Aspekt der vorgestellten Erfindung ein Brennstoffzellensystem vorgestellt. Das Brennstoffzellensystem umfasst eine Vielzahl Brennstoffzellenstapel und ein Kontrollgerät, wobei das Kontrollgerät dazu konfiguriert ist, jedem Brennstoffzellenstapel der Vielzahl Brennstoffzellenstapel eine Zustandskennzahl, die einen Alterungszustand des Brennstoffzellenstapels quantifiziert, zuzuordnen, jeweilige Brennstoffzellenstapel der Vielzahl Brennstoffzellenstapel in Abhängigkeit der Zustandskennzahl derart zu aktivieren, dass eine Differenz zwischen den Zustandskennzahlen der jeweiligen Brennstoffzellenstapel minimiert wird.
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Unter einer Zustandskennzahl ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Wert bzw. eine mathematische Größe zu verstehen, die einen physikalischen Zustand eines Brennstoffzellenstapels quantifiziert. Dazu wird die Zustandskennzahl insbesondere anhand von Messwerten von physikalischen Eigenschaften eines Brennstoffzellenstapels ermittelt. Bspw. kann eine Zustandskennzahl ein Wert auf einer Skala, wie bspw. einer Schulnotenskala oder einer Prozentskala sein.
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Die vorgestellte Erfindung basiert auf dem Prinzip, dass jedem Brennstoffzellenstapel einer Vielzahl Brennstoffzellenstapel eines Brennstoffzellensystems eine Zustandskennzahl zugeordnet wird. Anhand der jeweilig zugeordneten Zustandskennzahlen werden jeweilige Brennstoffzellenstapel zur Aktivierung derart ausgewählt, dass eine Differenz zwischen den Zustandskennzahlen der jeweiligen Brennstoffzellenstapel minimiert wird. Dies bedeutet, dass eine Abweichung der Zustandskennzahlen der verschiedenen Brennstoffzellenstapel durch eine selektive Aktivierung der verschiedenen Brennstoffzellenstapel minimiert wird. Entsprechend wird eine ungleichmäßige Nutzung und ein dadurch bedingter ungleichmäßiger Verschleiß sowie eine dadurch bedingt ungleichmäßige Deaktivierung einzelner Brennstoffzellenstapel vermieden und eine volle Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellensystems über dessen gesamte Lebenszeit hinweg aufrechterhalten. So kann festgestellt werden, welcher Brennstoffzellenstapel den besten Zustand hat bzw. am wenigsten verschlissen ist. Dies Brennstoffzellenstapel mit den besseren Zuständen können dann häufiger aktiviert werden, um eine Anpassung im Verschleiß an die Brennstoffzellenstapel zu erlangen, welche bereits einen schlechteren Zustand aufweisen. So können nacheinander, beginnend mit dem besten Brennstoffzellenstapel, diese derart aktiviert werden, dass eine Angleichung zu den schlechteren Brennstoffzellenstapel erreicht wird.
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Zum Zuordnen einer Zustandskennzahl zu einem jeweiligen Brennstoffzellenstapel kann bspw. ein vorgegebenes Zuordnungsschema verwendet werden, dass jeweiligen Messwerten, die bspw. mittels eines Sensors ermittelt werden, eine spezifische Zustandskennzahl zuordnet.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Kontrollgerät dazu konfiguriert ist, für einen Zuschaltvorgang, bei dem ein inaktiver Brennstoffzellenstapel der Vielzahl Brennstoffzellenstapel aufgrund einer Leistungsanforderung zu aktivieren ist, denjenigen Brennstoffzellenstapel aus der Vielzahl Brennstoffzellenstapel auszuwählen, der von sämtlichen nicht aktivierten Brennstoffzellenstapeln der Vielzahl Brennstoffzellenstapel die Zustandskennzahl aufweist, die einer Referenzzustandskennzahl, die insbesondere bei einem Auslieferungszustand des Brennstoffzellensystems ermittelt wurde, am nächsten kommt.
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Als Auswahlkriterium zur Auswahl eines in Reaktion auf eine Lastanforderung zu aktivierenden Brennstoffzellenstapels eignet sich insbesondere eine Bedingung, gemäß derer derjenige Brennstoffzellenstapel ausgewählt wird, der die Zustandskennzahl aufweist, die einer Referenzzustandskennzahl, die insbesondere bei einem Auslieferungszustand des Brennstoffzellensystems ermittelt wurde, am nächsten kommt. Dies bedeutet, dass stets derjenige Brennstoffzellenstapel aktiviert wird, dessen Zustand einem Auslieferungszustand am meisten entspricht, sodass Brennstoffzellenstapel mit höherem Verschleiß geschont werden.
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Insbesondere ermöglicht die Verwendung der erfindungsgemäß vorgesehenen Zustandskennzahl eine Wartung einzelner Brennstoffzellenstapel ohne, dass die anderen Brennstoffzellenstapel mit gewartet werden müssen, da ein Zustand des gewarteten Brennstoffzellensystems sich über die erfindungsgemäße Aktivierungsstrategie dem Zustand der weiteren Brennstoffzellenstapel annähert, indem der gewartete Brennstoffzellenstapel gegenüber den weiteren Brennstoffzellenstapeln vermehrt aktiviert wird.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Kontrollgerät dazu konfiguriert ist, eine an einem jeweiligen Brennstoffzellenstapel bei einem vorgegebenen Referenzbetriebspunkt anliegende Spannung zu ermitteln und der ermittelten Spannung unter Verwendung eines vorgegebenen Zuordnungsschemas eine Zustandskennzahl zuzuordnen.
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Da sich eine an einem Brennstoffzellenstapel anliegende Spannung relativ zu einem Zustand des Brennstoffzellenstapels, d.h. verschleißbedingt, ändert, eignet sich ein von einem Spannungssensor gemessener Spannungswert besonders gut als Basis zur Zuordnung einer Zustandskennzahl.
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Um einen aktuellen Zustand eines Brennstoffzellenstapels mit einem Referenzzustand, wie bspw. einem Auslieferungszustand zu vergleichen, kann eine Messung der Spannung bei einem vorgegebenen Referenzbetriebspunkt, wie bspw. beim Betrieb mit einer vorgegebenen Last, vorgesehen sein.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Kontrollgerät dazu konfiguriert ist, eine Spannungshysterese einer an einem jeweiligen Brennstoffzellenstapel anliegenden Spannung bei einer vorgegebenen Referenzbetriebspunktänderung zu ermitteln und der Spannungshysterese unter Verwendung eines vorgegebenen Zuordnungsschemas eine Zustandskennzahl zuzuordnen.
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Da sich eine Hysterese, d.h. ein Antwortverhalten eines Brennstoffzellenstapels auf eine veränderte Lastanforderung, verschleißabhängig ändert, eignet sich eine Hysterese der Spannung eines Brennstoffzellenstapels, d.h. eine Veränderung der Spannung zwischen zwei Betriebspunkten, besonders zur Beurteilung eines Zustands des Brennstoffzellenstapels und entsprechend als Basis zur Zuordnung der Zustandskennzahl.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Kontrollgerät dazu konfiguriert ist, einen jeweiligen Brennstoffzellenstapel mit einem vorgegebenen elektrischen Strom zu beaufschlagen, um einen elektrischen Widerstand des Brennstoffzellenstapels zu bestimmen und dem elektrischen Widerstand des Brennstoffzellenstapels unter Verwendung eines vorgegebenen Zuordnungsschemas eine Zustandskennzahl zuzuordnen.
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Da sich ein elektrischer Widerstand eines Brennstoffzellenstapels relativ zu einem Zustand des Brennstoffzellenstapels, d.h. verschleißbedingt, ändert, eignet sich ein anhand von bspw. einem Spannungssensor gemessenen Spannungswerten ermittelter elektrischer Widerstandswert des Brennstoffzellenstapels besonders gut als Basis zur Zuordnung einer Zustandskennzahl.
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Um einen aktuellen Zustand eines Brennstoffzellenstapels mit einem Referenzzustand, wie bspw. einem Auslieferungszustand zu vergleichen, kann ein elektrischer Widerstand bei einem vorgegebenen Referenzbetriebspunkt, wie bspw. beim Betrieb mit einer vorgegebenen Last, verwendet werden.
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Zum Ermitteln des elektrischen Widerstands kann bspw. eine Impedanzmessung durchgeführt werden.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Kontrollgerät dazu konfiguriert ist, eine Widerstandshysterese eines elektrischen Widerstands eines jeweiligen Brennstoffzellenstapels bei einer vorgegebenen Referenzbetriebspunktänderung zu ermitteln und der Widerstandshysterese unter Verwendung eines vorgegebenen Zuordnungsschemas eine Zustandskennzahl zuzuordnen.
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Da sich eine Hysterese, d.h. ein Antwortverhalten eines Brennstoffzellenstapels auf eine veränderte Lastanforderung, verschließabhängig ändert, eignet sich eine Hysterese des elektrischen Widerstands eines Brennstoffzellenstapels, d.h. eine Veränderung des elektrischen Widerstands zwischen zwei Betriebspunkten, besonders zur Beurteilung eines Zustands des Brennstoffzellenstapels und entsprechend als Basis zur Zuordnung der Zustandskennzahl.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Kontrollgerät dazu konfiguriert ist, einen Zustand des Brennstoffzellenstapels an mindestens einer Katalysatorschicht und mindestens einer Membran und/oder eines Massentransportpfads jeweiliger Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels zu bestimmen und der Katalysatorschicht eine Katalysatorzustandskennzahl sowie der Membran eine Membranzustandskennzahl und/oder dem Massentransportpfad eine Massentransportpfadzustandskennzahl zuzuordnen,, wobei das Kontrollgerät weiterhin dazu konfiguriert ist, für den Fall, dass eine Lastanforderung in einem Teillastbereich vorliegt der unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, denjenigen Brennstoffzellenstapel zur Aktivierung in Reaktion auf die Lastanforderung auszuwählen, dessen Katalysatorzustandskennzahl einer Referenzkatalysatorzustandskennzahl, die insbesondere bei einem Auslieferungszustand des Brennstoffzellensystems ermittelt wurde, am nächsten kommt, oder für den Fall, dass eine Lastanforderung in einem Teillastbereich vorliegt, der über dem vorgegebenen Schwellenwert liegt, denjenigen Brennstoffzellenstapel zur Aktivierung in Reaktion auf die Lastanforderung auszuwählen, dessen Membranzustandskennzahl einer Referenzmembranzustandskennzahl, die insbesondere bei einem Auslieferungszustand des Brennstoffzellensystems ermittelt wurde, am nächsten kommt, oder für den Fall, dass eine Lastanforderung in einem Teillastbereich vorliegt, der über dem vorgegebenen Schwellenwert liegt, denjenigen Brennstoffzellenstapel zur Aktivierung in Reaktion auf die Lastanforderung auszuwählen, dessen Massentransportpfadzustandskennzahl einer Referenzmassentransportpfadzustandskennzahl, die insbesondere bei einem Auslieferungszustand des Brennstoffzellensystems ermittelt wurde, am nächsten kommt.
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Eine lastabhängige Auswahl eines zu aktivierenden Brennstoffzellenstapels ermöglicht einen Angleich von inneren Zuständen verschiedener Brennstoffzellenstapel, indem bspw. wenn ein Brennstoffzellenstapel in Reaktion auf eine Lastanforderung zu aktivieren ist, die einem unteren Teillastbereich entspricht, derjenige Brennstoffzellenstapel zur Aktivierung ausgewählt wird, der eine vergleichsweise geringe Degradation der Katalysatorschichten aufweist, da die Degradation der Katalysatorschichten insbesondere im Teillastbetrieb erfolgt.
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Weiterhin kann ein Angleich von inneren Zuständen verschiedener Brennstoffzellenstapel erreicht werden, indem bei einer mittleren oder hohen Lastanforderung ein Brennstoffzellenstapel zur Aktivierung ausgewählt wird, der eine vergleichsweise niedrige Degradation der Membran und/oder Massentransportpfade aufweist.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Kontrollgerät dazu konfiguriert ist, die Lastanforderung für einen jeweiligen Brennstoffzellenstapel anhand von Betriebsparametern des Brennstoffzellensystems für einen vorgegebenen Zeitraum zu prognostizieren.
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Anhand von Betriebsparametern, wie bspw. einem Zustand einer Batterie des Brennstoffzellensystems, einer zu befahrenden Route, entsprechenden Verkehrsinformationen oder ähnlichem, kann auf eine zu erwartende Leistungsanforderung eines zu aktivierenden Brennstoffzellenstapels geschlossen werden, sodass die Auswahl des Brennstoffzellenstapels auf zukünftig zu erwartende Ereignisse optimiert erfolgen kann und bspw. ein für einen prognostizierten Teillastbereich ein Brennstoffzellenstapel zur Aktivierung ausgewählt wird, dessen Katalysatorzustandskennzahl besonders nahe an einer Referenzkatalysatorzustandskennzahl liegt.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Kontrollgerät dazu konfiguriert ist, die jeweiligen Brennstoffzellenstapel der Vielzahl Brennstoffzellenstapel in einem geschlossenen Regelkreis in Abhängigkeit der Zustandskennzahl zu aktivieren.
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Durch einen geschlossenen Regelkreis bzw. einen sogenannten „closed loop“ Prozess kann eine verlässliche Angleichung von Zuständen der jeweiligen Brennstoffzellenstapel eines Brennstoffzellensystems erreicht werden.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Kontrollgerät dazu konfiguriert ist, bei einer sinkenden Leistungsanforderung denjenigen Brennstoffzellenstapel zur Deaktivierung auszuwählen, dessen Zustandskennzahl von dessen Referenzzustandskennzahl, die insbesondere bei einem Auslieferungszustand des Brennstoffzellensystems ermittelt wurde, am weitesten abweicht.
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Durch eine bevorzugte Deaktivierung von Brennstoffzellenstapeln deren Zustandskennzahl von deren Referenzzustandskennzahl am weitesten abweicht, werden Brennstoffzellenstapel mit besonders hohem Verschleiß geschont. Entsprechend wird ein Angleichen der Verschleißzustände sämtlicher Brennstoffzellenstapel erzwungen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems mit einer Vielzahl Brennstoffzellenstapel, insbesondere zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Das Verfahren umfasst das Zuordnen einer Zustandskennzahl zu jedem Brennstoffzellenstapel der Vielzahl Brennstoffzellenstapel wobei, die Zustandskennzahl einen Alterungszustand des Brennstoffzellenstapels quantifiziert, und das Aktivieren jeweiliger Brennstoffzellenstapel der Vielzahl Brennstoffzellenstapel in Abhängigkeit der Zustandskennzahl, derart, dass eine Abweichung zwischen den Zustandskennzahlen der jeweiligen Brennstoffzellenstapel minimiert wird.
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Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Betrieb des vorgestellten Bren nstoffzel lensystems.
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Insbesondere umfasst das vorgestellte Verfahren einen Zuordnungsschritt, bei dem die Zustandskennzahl gemäß einem vorgegebenen Zuordnungsschema zu einem ermittelten physikalischen Zustandsparameter, wie bspw. einem Messwert einer Spannung oder einem ermittelten Wert eines elektrischen Widerstands zugeordnet wird.
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In einem dritten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Fahrzeug mit einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Brennstoffzellensystems.
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Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sowie das Fahrzeug gemäß dem dritten Aspekt Erfindung weisen die gleichen Vorteile auf, wie sie ausführlich zu dem Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgeführt worden sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Brennstoffzellensystems,
- 2 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens,
- 3 eine schematische Darstellung einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens.
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In 1 ist ein Brennstoffzellensystem 100 dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst einen ersten Brennstoffzellenstapel 101, einen zweiten Brennstoffzellenstapel 103, einen dritten Brennstoffzellenstapel 105 und ein Kontrollgerät 107.
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Vorliegend zeigt der erste Brennstoffzellenstapel 101 den größten Verschleiß, der zweite Brennstoffzellenstapel 103 den zweitgrößten Verschleiß und der dritte Brennstoffzellenstapel 105 den geringsten Verschleiß. Entsprechend soll der dritte Brennstoffzellenstapel 105 für eine Aktivierung in Reaktion auf einer Lastanforderung ausgewählt werden, um einen Verschleiß der Brennstoffzellenstapel 101, 103 und 105 anzugleichen.
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Zum automatischen Auswählen eines in Reaktion auf eine Lastanforderung zu aktivierenden Brennstoffzellenstapels ordnet das Kontrollgerät 107 jedem der Brennstoffzellenstapel 101, 103 und 105 eine Zustandskennzahl zu. Dazu kann das Kontrollgerät bspw. mittels eines Sensors eine physikalische Eigenschaft jedes Brennstoffzellenstapels 101, 103 und 105, wie bspw. eine Spannung bei einem Referenzbetriebspunkt messen und den jeweiligen gemessenen Werten eine entsprechende Zustandskennzahl gemäß einem vorgegebenen Zuordnungsschema zuordnen.
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Da der dritte Brennstoffzellenstapel 105 vorliegend den geringsten Verschließ zeigt, ist dessen Zustandskennzahl besonders nahe an einer vorgegebenen oder zu einem Auslieferungszustand ermittelten Referenzzustandskennzahl, d.h. bspw. besonders hoch und hat vorliegend den Wert 9 auf einer Skala von 1 bis 10, während dem zweiten Brennstoffzellenstapel 103 vorliegend eine Zustandskennzahl 7 und dem ersten Brennstoffzellenstapel eine Zustandskennzahl 6 zugeordnet ist.
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Um eine Abweichung der Zustandskennzahlen der Brennstoffzellenstapel 101, 103 und 105 zu minimieren, wird von dem Kontrollgerät 107 derjenige Brennstoffzellenstapel zur Aktivierung ausgewählt, dessen Zustandskennzahl der Referenzzustandskennzahl, die bspw. für jeden Brennstoffzellenstapel einzeln bestimmt werden kann, am nächsten kommt. Vorliegend hat die Referenzzustandskennzahl für jeden der Brennstoffzellenstapel 101, 103 und 105 den Wert 10, sodass die Zustandskennzahl 9 des dritten Brennstoffzellenstapels 105 der Referenzzustandskennzahl am nächsten kommt. Entsprechend wählt das Kontrollgerät 107 den dritten Brennstoffzellenstapel 105 für die Aktivierung aus.
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Durch die Aktivierung des dritten Brennstoffzellenstapels 105 wird dessen Verschleiß erhöht, sodass sich dessen Zustandskennzahl verringert, bis diese unter den Wert 7 fällt und entsprechend der zweite Brennstoffzellenstapel 103 zur Aktivierung ausgewählt wird.
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In 2 ist ein Verfahren 200 dargestellt. Das Verfahren 200 umfasst einen Initialisierungsschritt 201, bei dem eine initiale Leistungsanforderung bspw. durch einen Fahrer eines Fahrzeugs bereitgestellt wird.
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In einem Auswahlschritt 203 wird derjenige Brennstoffzellenstapel aus einer Vielzahl Brennstoffzellenstapel ausgewählt, dessen Zustandskennzahl einem geringsten Verschleiß entspricht. Dazu werden, wie durch Linie 217 angedeutet Zustandsinformationen verwendet, die von einem letzten Betrieb noch gespeichert sind.
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Sobald ein entsprechendes Brennstoffzellensystem gestartet ist, wird in einem Ermittlungsschritt 205 für einen ersten Brennstoffzellenstapel eine Zustandskennzahl ermittelt und in einem weiteren Ermittlungsschritt 207 für einen weiteren Brennstoffzellenstapel eine Zustandskennzahl ermittelt.
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Die in den Ermittlungsschritten 205 und 207 ermittelten Zustandskennzahlen werden in einem Speicherschritt 209 in einem Speicher gespeichert.
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Erfolgt nun in einem Anforderungsschritt 211 eine Erhöhung einer Leistungsanforderung derart, dass ein zusätzlicher Brennstoffzellenstapel aktiviert werden muss, wird in einem Aktivierungsschritt 213 derjenige Brennstoffzellenstapel der unter den nicht aktivierten Brennstoffzellenstapeln die Zustandskennzahl hat, die einem geringsten Verschleiß entspricht.
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In einem Widerholungsschritt 215 wird der Aktivierungsschritt 213 solange wiederholt bis die Leistungsanforderung erfüllt ist oder sämtliche Brennstoffzellenstapel aktiviert sind.
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Erfolgt nun in einem Anforderungsschritt 219 eine sinkende Leistungsanforderung, wird in einem Überprüfungsschritt 221 geprüft, ob die Leistungsanforderung unter einen vorgegebenen Schwellenwert fällt, sodass ein Brennstoffzellenstapel abgeschaltet werden soll. Ist dies der Fall, wird in einem Abschaltschritt 223 der Brennstoffzellenstapel abgeschaltet, der unter den aktivierten Brennstoffzellenstapeln die Zustandskennzahl hat, die einem höchsten Verschleiß entspricht.
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In einem Widerholungsschritt 225 wird der Abschaltschritt 223 solange wiederholt bis die Leistungsanforderung erfüllt ist oder sämtliche Brennstoffzellenstapel abgeschaltet sind.
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In 3 ist ein Verfahren 300 dargestellt. Das Verfahren 300 ermöglicht ein Angleichen von Verschleißzuständen verschiedener Brennstoffzellenstapel und verschiedener Komponenten innerhalb jeweiliger Brennstoffzellenstapel eines Bren nstoffzel lensystems.
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Das Verfahren 300 umfasst einen Initialisierungsschritt 301, bei dem eine initiale Leistungsanforderung bspw. durch einen Fahrer eines Fahrzeugs bereitgestellt wird.
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In einem Prognoseschritt 303 wird eine Prognose einer zukünftig zu erwartenden Lastanforderung, bspw. anhand von Informationen zu einer zu befahrenden Route, erstellt und einen unteren Teillastbereich oder einen oberen Teillastbereich kategorisiert.
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In einem Betriebsschritt 305 wird das Brennstoffzellensystem in dem prognostizierten Lastbereich mit denjenigen Brennstoffzellenstapeln betrieben, die dem prognostizierten Lastbereich zugeordnet sind. Bspw. werden die Brennstoffzellenstapel in einem Teillastbereich zur Aktivierung ausgewählt, die besonders wenig Verschleiß an ihren Katalysatorschichten zeigen und diejenigen Brennstoffzellenstapel in einem Hochlastbereich zur Aktivierung ausgewählt, die besonders wenig Verschleiß an ihren Membranen und/oder Massentransportpfaden zeigen.
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In einem Wiederholungsschritt 307 erfolgt die Auswahl der Brennstoffzellenstapel entsprechend solange, bis sämtliche Brennstoffzellenstapel aktiviert sind oder die Leistungsanforderung erfüllt ist.
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Sobald das Brennstoffzellensystem gestartet ist, wird in einem Ermittlungsschritt 309 für sämtliche Brennstoffzellenstapel eine jeweilige Zustandskennzahl an mindestens zwei Lastpunkten, insbesondere in einem Teillastbereich und einem Hochlastbereich ermittelt und diese in einem Speicherschritt 311 in einem Speicher abgelegt, um für einen Neustart des Brennstoffzellensystems als Initialisierungswerte zur Verfügung zu stehen, wie durch Linie 313 angedeutet.
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Erfolgt nun in einem Anforderungsschritt 315 eine sinkende Leistungsanforderung, wird in einem Überprüfungsschritt 317 geprüft, ob die Leistungsanforderung unter einen vorgegebenen Schwellenwert fällt, sodass ein Brennstoffzellenstapel abgeschaltet werden soll. Ist dies der Fall, wird in einem Prognoseschritt 319 prognostiziert, ob die verbleibenden Brennstoffzellenstapel in einem Teillastbereich oder einem Hochlastbereich betreiben werden sollen.
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Je nach Ergebnis der Prognose wird derjenige Brennstoffzellenstapel in einem Deaktivierungsschritt 321 zur Deaktivierung ausgewählt, dessen Zustandskennzahl bei einem Betrieb in dem prognostizierten Lastbereich zu einer Maximierung einer Abweichung zu Zustandskennzahlen anderer Brennstoffzellenstapel führen würde.
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In einem Wiederholungsschritt 323 wird der Deaktivierungsschritt 321 solange wiederholt, bis die Leistungsanforderung erfüllt ist oder sämtliche Brennstoffzellenstapel deaktiviert sind.
