DE102022115479A1 - Verfahren zum Betreiben einer Anordnung aus einer Mehrzahl von eigenständig funktionsfähigen Brennstoffzellenvorrichtungen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Anordnung aus einer Mehrzahl von eigenständig funktionsfähigen Brennstoffzellenvorrichtungen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

Info

Publication number
DE102022115479A1
DE102022115479A1 DE102022115479.3A DE102022115479A DE102022115479A1 DE 102022115479 A1 DE102022115479 A1 DE 102022115479A1 DE 102022115479 A DE102022115479 A DE 102022115479A DE 102022115479 A1 DE102022115479 A1 DE 102022115479A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
cell devices
arrangement
power
degradation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102022115479.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Kai Müller
Tobias Brune
Oscar Montoya
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Priority to DE102022115479.3A priority Critical patent/DE102022115479A1/de
Publication of DE102022115479A1 publication Critical patent/DE102022115479A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Anordnung (400) aus einer Mehrzahl von eigenständig funktionsfähigen Brennstoffzellenvorrichtungen (100), umfassend die Schritte:- Bestimmung des Degradationsgrades von jeder Brennstoffzellenvorrichtung (100) der Anordnung (400),- Erfassen von Leistungsanforderungen an die Anordnung (400), die sich aus einem dynamischen Leistungsanteil zur Realisierung von Lastsprüngen und einem statischen Leistungsanteil zusammensetzen,- Verteilung der Leistungsanforderung auf die Brennstoffzellenvorrichtungen (100), wobei der dynamische Leistungsanteil derjenigen Brennstoffzellenvorrichtung zugewiesen wird, die den geringsten Degradationsgrad aufweist.Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung (400) aus einer Mehrzahl von Brennstoffzellenvorrichtungen (100) sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung aus einer Mehrzahl von eigenständig funktionsfähigen Brennstoffzellenvorrichtungen und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, wobei die Aufteilung der Leistungsanforderung an die Brennstoffzellenvorrichtungen der Anordnung basierend auf den Degradationsgraden der Brennstoffzellenvorrichtungen geschieht.
  • Eine Brennstoffzellenvorrichtung besitzt als Kernkomponente einen Brennstoffzellenstapel. Der Brennstoffzellenstapel besteht aus mehreren Brennstoffzellen. Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs, zum Beispiel Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen. Als Kernkomponente enthalten Brennstoffzellen eine sogenannte Membran-Elektroden- Anordnung (MEA), die aus einer ionenleitenden Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten katalytischen Elektrode (Anode und Kathode) gebildet wird. Letztere umfasst zumeist geträgerte Edelmetalle, insbesondere Platin, die als Katalysatoren dienen. In der Regel wird eine Brennstoffzelle aus einer Vielzahl von in einem Stapel angeordneten MEAs gebildet.
  • Der Lastpunkt einer solchen Brennstoffzellenvorrichtung wird variabel, nämlich in Abhängigkeit einer Leistungsanforderung, eingestellt. Bei mehreren Brennstoffzellenvorrichtungen wird oftmals eine Leistungsaufteilung so eingestellt, dass alle aktiven Systeme mit einer identischen Leistung betrieben werden. Die Leistungsanforderungen an eine Anordnung mit mehreren Brennstoffzellenvorrichtungen können in einen statischen und einen dynamischen Leistungsanteil aufgeteilt werden. Wird der dynamische Leistungsanteil von allen Brennstoffzellenvorrichtungen der Anordnung getragen, müssen Bauteile wie der Verdichter, die Kühlmittelpumpe, der Befeuchter und/oder das Rezirkulationsgebläse ebenfalls dynamisch betrieben werden, was zu einer übermäßigen Beanspruchung der Lagerung der Turbinenwelle führt. Zusätzlich sind alle Brennstoffzellenvorrichtungen ungeachtet ihres bereits vorherrschenden Degradationsgrades weiteren Degradationen ausgesetzt, was zu ungleichmäßiger Alterung der Komponenten der Brennstoffzellenvorrichtungen führt und dadurch eine verkürzte Lebensdauer dieser mit sich zieht. Außerdem leidet dadurch die Effizienz des Gesamtsystems, also der Anordnung.
  • Die DE 10 2020 119 096 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Leistungsaufteilung auf eine Mehrzahl von Brennstoffzellenstapeln, wobei die Brennstoffzellenstapel zeitlich versetzt angesteuert werden können. Dadurch können Leistungsverluste ausgeglichen werden.
  • Die DE 10 2018 218 086 A1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Leistungsaufteilung auf eine Mehrzahl von Brennstoffzellenstapeln, wobei der Brennstoffzellenstapel mit dem geringsten Degradationsgrad eine gesteigerte Lastanforderung kompensiert. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Stapelanordnung erhöht.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung aus einer Mehrzahl von eigenständig funktionsfähigen Brennstoffzellensystemen dahingehend zu optimieren, dass eine gleichmäßige Degradation der Brennstoffzellenvorrichtungen gewährleistet und damit die Effizienz und die Lebensdauer der Anordnung gesteigert wird.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei insbesondere die folgenden Schritte:
    • - Bestimmung des Degradationsgrades von jeder Brennstoffzellenvorrichtung der Anordnung,
    • - Erfassen von Leistungsanforderungen an die Anordnung, die sich aus einem dynamischen Leistungsanteil zur Realisierung von Lastsprüngen und einem statischen Leistungsanteil zusammensetzen,
    • - Verteilung der Leistungsanforderung auf die Brennstoffzellenvorrichtungen, wobei der dynamische Leistungsanteil derjenigen Brennstoffzellenvorrichtung zugewiesen wird, die den geringsten Degradationsgrad aufweist.
  • Durch das Verfahren ist eine Optimierung der Anordnung in Hinblick auf die Effizienz, die Bereitstellung der maximalen Leistung, die gleichmäßige Alterung und dadurch die erhöhte Lebensdauer gewährleistet.
  • Die Bestimmung des Degradationsgrades beruht vorzugsweise auf einer Bestimmung eines Subdegradationsgrades von jeder Alterungseffekten unterliegenden Komponente der Brennstoffzellenvorrichtungen. Dadurch wird die Bestimmung des Degradationsgrades sehr präzise. Komponenten, die bei Betrieb einer Brennstoffzellenvorrichtung Alterungseffekten unterliegen sind im Kathodenkreislauf beispielsweise der Verdichter, der Befeuchter und der Ladeluftkühler, im Anodenkreislauf sind das beispielsweise das Rezirkulationsgebläse, die Saugstrahlpumpe oder der Wasserabscheider. Darüber hinaus kann der Subdegradationsgrad jeder weiteren Komponente, die keine herkömmliche Komponente einer Brennstoffzellenvorrichtung darstellt, jedoch Alterungseffekten unterliegt und dadurch die Effizienz der Brennstoffzellenvorrichtung senkt, bestimmt werden und in die Ermittlung des Degradationsgrades mit einfließen.
  • Die Anzahl der zu betreibenden Brennstoffzellenvorrichtungen kann außerdem anhand der erfassten Leistungsanforderung bestimmt werden, sodass dann eine der zuvor bestimmten Anzahl entsprechende Zahl an Brennstoffzellenvorrichtungen für die Zuweisung der Leistungsanforderung ausgewählt werden kann, wobei die Auswahl der Brennstoffzellenvorrichtungen auf diejenigen Brennstoffzellenvorrichtungen fällt, die den niedrigsten Degradationsgrad besitzen. Die Anzahl kann in Fällen von niedrigen Leistungsanforderungen hinter der Gesamtanzahl an Brennstoffzellenvorrichtungen in der Anordnung zurückbleiben. Dies führt zu einem in Bezug auf die Effizienz optimierten Betrieb der Anordnung und zu einer Bereitstellung der maximalen Leistung.
  • Die Ermittlung des statischen und dynamischen Leistungsanteils der Leistungsanforderung kann insbesondere über eine PT1-Filterung der Leistungsanforderung erfolgen. Die Filterung wird dann über ein PT1-Glied, welches ein proportionales Übertragungsverhalten mit Verzögerung erster Ordnung aufweist und beispielsweise durch ein RC-Glied realisiert werden kann, vorgenommen. In diesem Ausführungsbeispiel wird über die PT1-Filterung der Leistungsanforderung an die Anordnung der statische Leistungsanteil bestimmt. Durch Subtraktion des statischen Leistungsanteils von der Leistungsanforderung an die Anordnung wird der dynamische Leistungsanteil ermittelt.
  • Die Zuweisung des statischen Leistungsanteils auf die zu betreibenden Brennstoffzellenvorrichtungen kann sowohl gleichverteilt, als auch mit unterschiedlichen Gewichtungen erfolgen, wobei bei unterschiedlicher Gewichtung die jeweiligen Degradationsgrade berücksichtigt werden. Diese Verfahrensweise trägt zu der gleichmäßigen Alterung der Brennstoffzellenvorrichtungen der Anordnung bei.
  • Bei einer sich aus der Leistungsanforderung ergebenen Spannung, die kleiner ist als eine Schwellspannung, bei welcher sich kathodenseitig Platinoxid bildet, wird der statische und der dynamische Leistungsanteil der Leistungsanforderung den Brennstoffzellenvorrichtungen gleichverteilt zugewiesen. Da der Degradationsgrad der Brennstoffzellenvorrichtungen bei einer solchen Leistungsanforderung nur geringfügig steigt, kann der Betrieb der gesamten Anordnung optimiert werden. Eine mögliche Schwellspannung für die Platinoxidbildung könnte 0,8V je Einzelzelle betragen.
  • Es besteht die Möglichkeit, dass ausschließlich der Brennstoffzellenvorrichtung mit dem geringsten Degradationsgrad der dynamische Anteil der Leistungsanforderung zugewiesen wird. Dadurch gleicht sich der Degradationsgrad der Brennstoffzellenvorrichtungen an und eine noch gleichmäßigere Alterung der Brennstoffzellenvorrichtungen wird anordnungsübergreifend gewährleistet.
  • Die in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteile, Ausgestaltungen und Wirkungen gelten in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Anordnung, die mit einem Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens ausgerüstet ist.
  • Die in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile, Ausgestaltungen und Wirkungen gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug mit einer solchen Anordnung. Darüber hinaus kann die Anordnung für Antriebe jeglicher Beförderungsmittelarten genutzt werden, beispielsweise für ein Lastkraftwagen, ein Schienenfahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder ein Luftfahrzeug.
  • Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur 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 der Figur nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung,
    • 2 eine Anordnung von Brennstoffzellenvorrichtungen für eine Ausführungsform und
    • 3 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Leistungsaufteilung
  • In 1 ist ein über eine Kommunikationsverbindung 10 mit einem nicht näher dargestellten Fahrzeugsteuergerät verbundenes Steuergerät 22 einer Brennstoffzellenvorrichtung 1 gezeigt. Die Brennstoffzellenvorrichtung 1 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 11, der eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Brennstoffzellen 2 aufweist. Die Reihenschaltung der Brennstoffzellen 2 ist in der 1 nur schematisch angedeutet. Die Brennstoffzellenvorrichtung 1 und das Fahrzeugsteuergerät sind Teile eines nicht näher dargestellten Brennstoffzellenfahrzeugs.
  • Jede der Brennstoffzellen 2 umfasst eine Anode und eine Kathode sowie eine die Anode von der Kathode trennende ionenleitfähige, insbesondere 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 Hydrocarbon-Membran gebildet sein.
  • 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 2 dienen.
  • Über Anodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels 11 wird den Anoden Brennstoff (z.B. Wasserstoff) zugeführt. In einer Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle (PEM-Brennstoffzelle) werden an der Anode Brennstoff oder Brennstoffmoleküle in Protonen und Elektronen aufgespaltet. Die Membran lässt die Protonen (z.B. 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 Kathodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels 11 kann den Kathoden Kathodengas (z.B. Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Luft) zugeführt werden, so dass kathodenseitig die folgende Reaktion stattfindet: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O (Reduktion/Elektronenaufnahme).
  • Die Anodenräume sind vorliegend über eine Anodenzufuhrleitung 12 mit einem den Brennstoff bereitstellenden Brennstoffspeicher 13 verbunden. Über eine Anodenrezirkulationsleitung 14 kann an den Anoden nicht abreagierter Brennstoff den Anodenräumen erneut zugeführt werden. Hierbei wird der Anodenrezirkulationsleitung 14 beispielsweise ein Rezirkulationsgebläse 6 zugeordnet bzw. fluidmechanisch in die Anodenrezirkulationsleitung 14 eingekoppelt. Zur Regelung der Zufuhr des Brennstoffes ist der Anodenzufuhrleitung 12 ein Brennstoffstellglied 15 zugeordnet bzw. in der Anodenzufuhrleitung 12 angeordnet. Dieses Brennstoffstellglied 15 ist vorzugsweise als ein Druckregelventil gebildet. Stromaufwärts des Druckregelventils ist ein Wärmetauscher 16 in Form eines Rekuperators zur (Vor-)Erwärmung oder Konditionierung des Brennstoffes angeordnet.
  • Luft- oder kathodenseitig ist ein Verdichter 17 vorhanden, der vorliegend Umgebungsluft ansaugt und verdichtet. Aufgrund dieser Verdichtung er-höht sich die Temperatur des angesaugten Kathodengases, so dass es über eine Verdichterleitung 18 zunächst an einen Ladeluftkühler 19 geleitet wird, um es wieder auf eine gewünschte Temperatur herunter zu kühlen. Ausgehend vom Ladeluftkühler 19 wird das angesaugte, komprimierte Kathodengas einem Befeuchter 20 zugeleitet. Im Befeuchter 20 wird das trockene Kathodengas mit der Feuchtigkeit des Kathodenabgases, welches über eine Kathodenabgasleitung 21 dem Befeuchter 20 zugeführt wird, vermischt und damit ebenfalls befeuchtet, bevor es über die Kathodenzufuhrleitung 9 den Kathodenräumen des Brennstoffzellenstapels 11 zugeführt wird. Außerdem ist der Befeuchter 20 mit einer Abgasleitung 22 verbunden, über welche das verbleibende Kathodenabgas aus dem Brennstoffzellensystem 1 ausgeleitet wird.
  • Vorliegend ist in die Anodenrezirkulationsleitung 14 ein Wasserabscheider 4 eingebunden, in welchem anodenseitig anfallendes Wasser im Anodenkreislauf 3 gesammelt wird.
  • In 2 ist eine beispielhafte Anordnung mit drei in 1 gezeigten Brennstoffzellenvorrichtungen 100, einer Last 200 und einer Steuerung 300 dargestellt. Die Brennstoffzellenvorrichtungen 100 sind in ihrem Grundaufbau identisch und es ist ohne weiteres möglich, die Anzahl der Brennstoffzellenvorrichtungen 100 in der Anordnung 400 zu vergrößern oder zu verkleinern. Auch in ihrem Grundaufbau nicht vollständig identische Brennstoffzellenvorrichtungen 100 können mit allen in dieser Schrift genannten Verfahrensweisen betrieben werden. Das Steuergerät 300 ist über die Kommunikationsverbindungen zu den Brennstoffzellenvorrichtungen 100 in der Lage, den Degradationsgrad von jeder Brennstoffzellenvorrichtung 100 zu bestimmen. Die Verbindung der Steuerung zu der Last 200 macht das Erfassen von Leistungsanforderungen, die sich aus einem dynamischen Leistungsanteil zur Realisierung von Lastsprüngen und einem statischen Leistungsanteil zusammensetzen, an die Anordnung 400 möglich. Anhand dieser Daten kann das Steuergerät 300 nun die Verteilung der Leistungsanforderung auf die Brennstoffzellenvorrichtungen 100 vornehmen, wobei der dynamische Leistungsanteil derjenigen Brennstoffzellenvorrichtung 100 zugewiesen wird, die den geringsten Degradationsgrad aufweist. Durch diese Verfahrensweise wird die Effizienz der Anordnung 400 erhöht, die Bereitstellung der maximalen Leistung ermöglicht, eine gleichmäßige Alterung der einzelnen Brennstoffzellenvorrichtungen 100 gewährleistet und dadurch die Lebensdauer der gesamten Anordnung 400 verlängert.
  • Die Bestimmung des Degradationsgrades beruht vorliegend auf einer Bestimmung des Subdegradationsgrades von jeder Alterungseffekten unterliegenden Komponente der Brennstoffzellenvorrichtungen 100. Komponenten, deren Subdegradationsgrad bestimmt wird, sind anodenseitig beispielsweise der Wasserabscheider 4, das Rezirkulationsgebläse 6 und/oder der Wärmetauscher 15, kathodenseitig beispielsweise der Verdichter 16, der Befeuchter 19 und/oder der Ladeluftkühler 18. Das Steuergerät 300 kann von jeder weiteren Komponente, die in die Brennstoffzellenvorrichtung 100 eingebracht wird und Alterungseffekten unterliegt, einen Subdegradationsgrad bestimmen und dadurch den Degradationsgrad der Brennstoffzellenvorrichtung 100 präzise ermitteln.
  • Anhand der Leistungsanforderung durch die Last 200 (beispielsweise eines Fahrpedals) an die Anordnung 400 kann das Steuergerät 300 die Anzahl an auszuwählenden und dann zu betreibenden Brennstoffzellenvorrichtungen 100 bestimmen. Die Anzahl kann in Fällen von niedrigen Leistungsanforderungen hinter der Gesamtanzahl an Brennstoffzellenvorrichtungen 100 zurückbleiben. Die Auswahl der Brennstoffzellenvorrichtungen 100 fällt dann auf diejenigen Brennstoffzellenvorrichtungen 100, die den niedrigsten Degradationsgrad aufweisen. Die Effizienz und die maximale Leistung der Anordnung 400 werden dadurch optimiert. Auch eine gleichmäßige Alterung und eine erhöhte Lebensdauer der Brennstoffzellenvorrichtungen 100 wird so gewährleistet.
  • Zur Aufteilung der an die Anordnung 400 gestellten Leistungsanforderung in statischen und dynamischen Leistungsanteil wird durch das Steuergerät 300 eine PT1-Filterung der Leistungsanforderung durchgeführt. Nach einer Verfahrensweise wird der statische Leistungsanteil den Brennstoffzellenvorrichtungen 100 gleichverteilt zugewiesen. Die Zuweisung des statischen Leistungsanteils kann allerdings auch mit unterschiedlichen Gewichtungen erfolgen, und zwar derart, dass bei der Zuweisung des statischen Leistungsanteils die jeweiligen Degradationsgrade berücksichtigt werden. Die bereitstellbare Maximalleistung der Anordnung 400, die Effizienz der Anordnung 400 und die gleichmäßige Alterung der Anordnung 400 wird dadurch optimiert.
  • In 3 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das das erfindungsgemäße Verfahren illustriert; ergänzt um optionale Verfahrensschritte. An der Verzweigung E100 wird geprüft, ob die sich aus der Leistungsanforderung ergebende Spannung kleiner als eine Schwellspannung ist. Sollte das der Fall sein, so werden der statische und der dynamische Leistungsanteil den Brennstoffzellenvorrichtungen 100 gleichverteilt zugewiesen. Diese Verfahrensweise wird durch den Schritt S106 beschrieben. Sollte dies nicht der Fall sein, so wird der dynamische Leistungsanteil der Leistungsanforderung derjenigen Brennstoffzellenvorrichtung 100 zugewiesen, die den geringsten Degradationsgrad aufweist. Die Schritte S100, S102 und S104 beschreiben dabei Prozesse von jeweils einer der Brennstoffzellenvorrichtungen 100. Sollte beispielsweise die in 2 ganz links dargestellte Brennstoffzellenvorrichtung 100 den niedrigsten Degradationsgrad aufweisen, wird dieser der dynamische Anteil zugewiesen, hier dargestellt durch den Schritt S100. Wenn die ganz rechts dargestellte Brennstoffzellenvorrichtung 100 den niedrigsten Degradationsgrad aufweist, wird dieser der dynamische Leistungsanteil zugewiesen, hier dargestellt durch den Schritt S104. Das gleiche Vorgehen gilt für die in der Mitte dargestellte Brennstoffzellenvorrichtung 100 und den Schritt S102. Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, den dynamischen Anteil der Leistungsanforderung ausschließlich der Brennstoffzellenvorrichtung 100 mit dem geringsten Degradationsgrad zuzuweisen. Auch die in diesem Abschnitt aufgezählten Verfahrensschritte tragen zu einer Erhöhung der Effizienz, einer Bereitstellung der maximalen Leistung und einer gleichmäßigen Alterung der Brennstoffzellenvorrichtungen 100 der Anordnung 400 bei.
  • Das Steuergerät 300 ist so eingerichtet, dass es alle in den vorherigen Abschnitten genannten Verfahrensschritte zur Optimierung der Anordnung 400 durchführen kann.
  • Die Anordnung 400 kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, in einem Schienenfahrzeug oder einem Wasserfahrzeug Anwendung finden.
  • BEZUGSZEICHENLISTE:
    • 1
    Brennstoffzellensystem
    2
    Brennstoffzelle
    3
    Anodenkreislauf
    4
    Wasserabscheider
    5
    Abscheiderventil
    6
    Rezirkulationsgebläse
    7
    Reservoir
    8
    Füllstand
    9
    Kathodenzufuhrleitung
    10
    Brennstoffzellenstapel
    11
    Anodenzufuhrleitung
    12
    Brennstoffspeicher
    13
    Anodenrezirkulationsleitung
    14
    Brennstoffstellglied
    15
    Wärmetauscher
    16
    Verdichter
    17
    Verdichterleitung
    18
    Ladeluftkühler
    19
    Befeuchter
    20
    Kathodenabgasleitung
    21
    Abgasleitung
    22
    Steuergerät
    100
    Brennstoffzellenvorrichtung
    200
    Last
    300
    Steuergerät
    400
    Anordnung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102020119096 A1 [0004]
    • DE 102018218086 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Anordnung (400) aus einer Mehrzahl von eigenständig funktionsfähigen Brennstoffzellenvorrichtungen (100), umfassend die Schritte: - Bestimmung des Degradationsgrades von jeder Brennstoffzellenvorrichtung (100) der Anordnung (400), - Erfassen von Leistungsanforderungen an die Anordnung (400), die sich aus einem dynamischen Leistungsanteil zur Realisierung von Lastsprüngen und einem statischen Leistungsanteil zusammensetzen, - Verteilung der Leistungsanforderung auf die Brennstoffzellenvorrichtungen (100), wobei der dynamische Leistungsanteil derjenigen Brennstoffzellenvorrichtung zugewiesen wird, die den geringsten Degradationsgrad aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Degradationsgrades auf einer Bestimmung eines Subdegradationsgrades von jeder Alterungseffekten unterliegenden Komponente der Brennstoffzellenvorrichtungen (100) beruht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der zu betreibenden Brennstoffzellenvorrichtungen (100) anhand der erfassten Leistungsanforderung bestimmt wird, dass dann eine der zuvor bestimmten Anzahl entsprechende Zahl an Brennstoffzellenvorrichtungen (100) für die Zuweisung der Leistungsanforderung ausgewählt wird, und dass die Auswahl der Brennstoffzellenvorrichtungen (100) auf diejenigen Brennstoffzellenvorrichtungen (100) fällt, die den niedrigsten Degradationsgrad besitzen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des statischen und dynamischen Leistungsanteils der Leistungsanforderung über eine PT1-Filterung der Leistungsanforderung erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Leistungsanteil gleichverteilt den Brennstoffzellenvorrichtungen (100) zugewiesen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuweisung des statischen Leistungsanteils auf die zu betreibenden Brennstoffzellenvorrichtungen (100) mit unterschiedlichen Gewichtungen erfolgt, derart, dass bei der Zuweisung der statischen Leistungsanteile die jeweiligen Degradationsgrade berücksichtigt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer sich aus der Leistungsanforderung gegebenen Spannung, die kleiner ist als eine Schwellspannung bei welcher sich kathodenseitig Platinoxid bildet, der statische und der dynamische Leistungsanteil der Leistungsanforderung den Brennstoffzellenvorrichtungen (100) gleichverteilt zugewiesen wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenvorrichtung (100) mit dem geringsten Degradationsgrad ausschließlich der dynamische Anteil der Leistungsanforderung zugewiesen wird.
  9. Anordnung (400) aus einer Mehrzahl von eigenständig funktionsfähigen Brennstoffzellenvorrichtungen (100), umfassend ein Steuergerät (300), das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.
  10. Kraftfahrzeug umfassend eine Anordnung (400) gemäß Anspruch 9.
DE102022115479.3A 2022-06-22 2022-06-22 Verfahren zum Betreiben einer Anordnung aus einer Mehrzahl von eigenständig funktionsfähigen Brennstoffzellenvorrichtungen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens Pending DE102022115479A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022115479.3A DE102022115479A1 (de) 2022-06-22 2022-06-22 Verfahren zum Betreiben einer Anordnung aus einer Mehrzahl von eigenständig funktionsfähigen Brennstoffzellenvorrichtungen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022115479.3A DE102022115479A1 (de) 2022-06-22 2022-06-22 Verfahren zum Betreiben einer Anordnung aus einer Mehrzahl von eigenständig funktionsfähigen Brennstoffzellenvorrichtungen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022115479A1 true DE102022115479A1 (de) 2023-12-28

Family

ID=89075751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022115479.3A Pending DE102022115479A1 (de) 2022-06-22 2022-06-22 Verfahren zum Betreiben einer Anordnung aus einer Mehrzahl von eigenständig funktionsfähigen Brennstoffzellenvorrichtungen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102022115479A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT524375A1 (de) 2020-11-12 2022-05-15 Avl List Gmbh Verfahren für eine Kontrolle eines Brennstoffzellennetzwerks mit wenigstens zwei Brennstoffzellensystemen

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT524375A1 (de) 2020-11-12 2022-05-15 Avl List Gmbh Verfahren für eine Kontrolle eines Brennstoffzellennetzwerks mit wenigstens zwei Brennstoffzellensystemen

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008046403B4 (de) Sauerstoffentwicklungsreaktionskatalysatoren enthaltende Elektroden
DE102004017848B4 (de) Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems sowie ein Brennstoffzellensystem
DE102009023882A1 (de) Verbesserte Inbetriebnahmezuverlässigkeit unter Verwendung einer HFR-Messung
DE102007055222B4 (de) Metall-Bipolarplatte für PEM-Brennstoffzellen und Brennstoffzelle
DE102006048196B4 (de) Vorrichtung zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit von Medien durch einen Brennstoffzellenstapel
DE102020115663A1 (de) Brennstoffzellensystem mit einem zentralen Luftvorhalte-, Regulierungs- und Zufuhrsystem sowie Kraftfahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem
DE102019133094A1 (de) Verfahren zum Durchführen einer Testmessung an einer Brennstoffzellenvorrichtung, Brennstoffzellenvorrichtung sowie Kraftfahrzeug
DE102019220527A1 (de) Zelleneinheit
DE102022115479A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Anordnung aus einer Mehrzahl von eigenständig funktionsfähigen Brennstoffzellenvorrichtungen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
DE102008026395B4 (de) Brennstoffzellenstapel und Verfahren zum Steigern der Stabilität von Endzellen in einem Brennstoffzellenstapel
DE102020128127A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellensystem
DE102020100599A1 (de) Verfahren für einen Froststart eines Brennstoffzellensystems, Brennstoffzellensystem und Kraftfahrzeug mit einem solchen
DE102019133091A1 (de) Brennstoffzellenvorrichtung, Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung
DE102020103071A1 (de) Brennstoffzellenvorrichtung mit zwei Befeuchtern sowie Verfahren zum Betreiben und Kraftfahrzeug mit einer solchen
DE102020107200A1 (de) Anzeigevorrichtung, Brennstoffzellenfahrzeug und Verfahren zum Boosten eines solchen
DE102019211596A1 (de) Brennstoffzellenvorrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung
DE102019128419A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges mit einer Brennstoffzellenvorrichtung sowie Kraftfahrzeug
DE102019128422A1 (de) Verfahren zum Neustart einer Brennstoffzellenvorrichtung nach einem vorherigen Abstellen, Brennstoffzellenvorrichtung sowie Kraftfahrzeug
DE102021117218B3 (de) Brennstoffzellensystem, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
DE102018218638A1 (de) Verfahren zur Bestimmung des Feuchtegehalts eines oder mehrerer Brennstoffzellenstapel und Brennstoffzellensystem
DE102020124577A1 (de) Verfahren zum Regeln und Einstellen von Spannungs-Strom-Paaren wenigstens einer Brennstoffzelle, Brennstoffzellensystem und Kraftfahrzeug
DE102022103047B3 (de) Brennstoffzellenfahrzeug
DE102022101359A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung, Brennstoffzellenvorrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung
DE102020125932A1 (de) Brennstoffzellensystem und Betriebsverfahren für reduzierten Brennstoff-Partialdruck im Anodenkreis sowie Fahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem
DE102020102396A1 (de) Verfahren zur Identifizierung einer Regenerationsmöglichkeit mindestens einer Brennstoffzelle und Brennstoffzellensystem

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008043130

Ipc: H01M0008048580

R016 Response to examination communication