DE102022205532A1 - Betriebsstrategie zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen (BB), aufweisend:- Bestimmen von mehreren Betriebsmodi (BM) zum Betreiben des Brennstoffzellensystems in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsbedingungen (BB) des Brennstoffzellensystems,- Zuordnen von verschiedenen geeigneten Wasseraktivitäten (a) für die mehreren Betriebsmodi (BM),- Auswählen eines korrespondierenden Betriebsmodus (BM) von den mehreren Betriebsmodi (BM) zum Betreiben des Brennstoffzellensystems in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsbedingungen (BB) des Brennstoffzellensystems,- Auswählen einer geeigneten Wasseraktivität (a) zum Betreiben des Brennstoffzellensystems in Abhängigkeit von dem korrespondierenden Betriebsmodus (BM),- Einstellen der ausgewählten geeigneten Wasseraktivität (a) im Brennstoffzellensystem, und- Betreiben des Brennstoffzellensystems mit der eingestellten geeigneten Wasseraktivität (a).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Zudem betrifft die Erfindung eine entsprechende Steuereinheit und ein korrespondierendes Computerprogrammprodukt.
  • Stand der Technik
  • Brennstoffzellen gelten als Mobilitätskonzept der Zukunft, da sie nur Wasser als Abgas emittieren und schnelle Betankungszeiten ermöglichen. Brennstoffzellen werden zumeist zu einem Stack gestapelt. Ein Brennstoffzellensystem kann mindestens einen oder mehrere Stacks aufweisen. In Fahrzeugen, bei denen Antriebsenergie (u.a.) auch durch ein (oder mehrere) Brennstoffzellensysteme geliefert wird, wird in der Regel das Oxidationsmittel Sauerstoff aus der Umgebungsluft benutzt, um in der Brennstoffzelle mit Wasserstoff zu Wasser (bzw. Wasserdampf) zu reagieren und damit durch elektrochemische Wandlung eine elektrische Leistung zu liefern.
  • Im mobilen Betrieb eines Brennstoffzellensystems werden unterschiedliche Ziele verfolgt, wie Leistungsfähigkeit, Lebensdauer, Start-Stopp-Fähigkeit, Teillastbetrieb-Fähigkeit, usw. Außerdem müssen im Betrieb eines Brennstoffzellensystems unterschiedliche Betriebsbereiche abgedeckt werden, wie Gefrierstart, Heißland, Bergfahrt, Langstrecke, City-Betrieb usw.
  • Für einen optimierten Betrieb eines Brennstoffzellensystems und den interagierenden Subsystemen (v.a. drei Mediensysteme und das elektrische System) ist das Wassermanagement der zentrale und essentielle Bestandteil einer Betriebsstrategie. Das Wassermanagement steht in Wechselwirkung mit allen Teilsystemen und ist entscheidend für den ordnungsgemäßen Betrieb des Gesamtsystems. Die Sollwerte für die Zielparameter werden zumeist im Vorfeld ermittelt und in Form von Tabellen bereitgestellt. Das Wassermanagement setzt zumeist einen konstanten Wert für die Wasseraktivität im System und sucht hierzu die passenden Zielparameter für den Betrieb des Brennstoffzellensystems. Die Tabellen für die Sollwerte der Zielparameter liefern in stationären Betriebspunkten relativ gute Ergebnisse. Für dynamische Situationen (Lastwechsel, Start/Stopp, ...) wird der stationäre Ansatz in der Regel durch Workarounds ergänzt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung sieht vor: ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruches. Zudem sieht die Erfindung eine entsprechende Steuereinheit und ein korrespondierendes Computerprogramm mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche vor. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit den unterschiedlichen Ausführungsformen und/oder Aspekten der Erfindung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den anderen Ausführungsformen und/oder Aspekten und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Ausführungsformen und/oder Aspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem ersten Aspekt vor: ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Das Verfahren weist folgende Aktionen auf:
    • - Bestimmen von mehreren Betriebsmodi zum Betreiben des Brennstoffzellensystems in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Brennstoffzellensystems,
    • - Zuordnen von verschiedenen geeigneten Wasseraktivitäten für die mehreren Betriebsmodi, gemeint ist dabei jeweils einen geeigneten Wert für die einzustellende Wasseraktivität pro Betriebsmodus,
    • - Auswählen eines korrespondierenden Betriebsmodus von den mehreren Betriebsmodi zum Betreiben des Brennstoffzellensystems in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsbedingungen des Brennstoffzellensystems,
    • - Auswählen einer geeigneten Wasseraktivität zum Betreiben des Brennstoffzellensystems in Abhängigkeit von dem korrespondierenden Betriebsmodus,
    • - Einstellen der ausgewählten geeigneten Wasseraktivität, und
    • - Betreiben des Brennstoffzellensystems mit der eingestellten geeigneten Wasseraktivität.
  • Die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der vorgegebenen oder in einer abgeänderten Reihenfolge durchgeführt werden. Die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können simultan, zumindest tlw. gleichzeitig und/oder nacheinander erfolgen.
  • Das Brennstoffzellensystem (oder einfach ausgedrückt System) im Sinne der Erfindung kann vorzugsweise für mobile Anwendungen, bspw. in Fahrzeugen, insbesondere brennstoffangetriebenen Fahrzeugen, verwendet werden. Das Brennstoffzellensystem im Sinne der Erfindung kann als Hauptenergielieferant für einen Elektromotor des Fahrzeuges dienen. Zugleich ist es aber auch denkbar, dass das Brennstoffzellensystem im Sinne der Erfindung als ein Energielieferant für einen Nebenantrieb und/oder einen Hilfsantrieb eines Fahrzeuges, bspw. eines Hybridfahrzeugs, verwendet werden kann. Das Brennstoffzellensystem im Sinne der Erfindung kann zudem für stationäre Anwendungen, bspw. in Generatoren, verwendet werden.
  • Das Brennstoffzellensystem im Sinne der Erfindung kann dabei einen oder mehrere Stacks mit jeweils mehreren gestapelten Brennstoffzellen und den dazugehörigen Funktionssystemen aufweisen, umfassend: Mediensysteme (Luft- bzw. Kathodensystem, Brennstoff- bzw. Anodensystem, Kühlsystem) sowie ein elektrisches System. Vorzugsweise kann das Brennstoffzellensystem im Sinne der Erfindung mehrere Module in Form von einzelnen Stacks mit mehreren gestapelten Brennstoffzellen umfassen.
  • Die unterschiedlichen Betriebsbedingungen im Sinne der Erfindung können durch sämtliche Parameter bedingt werden, die die elektrische Leistung des Brennstoffzellensystems direkt oder indirekt beeinflussen können. Parameter, die die elektrische Leistung des Brennstoffzellensystems direkt bzw. gezielt beeinflussen können sind bspw. Betriebsparameter des Brennstoffzellensystems, wie z. B. elektrischer Strom und/oder Kühlmitteltemperatur. Parameter, die die elektrische Leistung des Brennstoffzellensystems indirekt beeinflussen können sind bspw. Umgebungsparameter, wie z. B. Umgebungsparameter, Umgebungsfeuchtigkeit und/oder Umgebungsdruck.
  • Die mehreren Betriebsmodi können unterschiedliche Betriebszustände sowie Betriebsbereiche im Betrieb des Brennstoffzellensystems abdecken, wie z. B. Start, darunter: Kaltstart und/oder Gefrierstart, Normallastbetrieb, Teillastbetrieb, Lastenanstieg, Lastenabstieg usw.
  • Die verschiedenen geeigneten Wasseraktivitäten sind im Rahmen der Erfindung nicht mehr statisch bzw. gleich für alle Betriebsmodi, sondern unterschiedlich und speziell für die mehreren Betriebsmodi als geeignet ausgewählt.
  • Je nach den aktuellen herrschenden Betriebsbedingungen wird ein korrespondierender Betriebsmodus zum Betreiben des Brennstoffzellensystems ausgewählt, für den eine geeignete (speziell zugeordnete) Wasseraktivität eingestellt wird. Diese spezielle geeignete Wasseraktivität wird nur zum Betreiben des Brennstoffzellensystems in dem gewünschten Betriebsmodus eingestellt.
  • Zum Einstellen der geeigneten Wasseraktivität können vorteilhafterweise Stellparameter eines Reaktantensubsystems (insbesondere eines Kathodensystems und optional eines Anodensystems) des Brennstoffzellensystems eingestellt werden, wie z. B. Feuchtigkeit einer Zuluft eines Kathodensystems, Druck einer Zuluft eines Kathodensystems, Luftüberschuss in einem Kathodensystem, Massenstrom einer Zuluft eines Kathodensystems, Brennstoffüberschuss in einem Anodensystem usw.
  • Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass das Wassermanagement die Wasseraktivität im System flexibel anpassen kann. Auf diese Weise können die Feuchtigkeitserfordernisse des Systems im dynamischen Betrieb besser abgebildet werden, wenn z. B. das Brennstoffzellensystem im mobilen Betrieb eines Fahrzeuges verwendet wird. Hierzu schlägt die Erfindung vor, dass die Wasseraktivität gesteuert und/oder geregelt wird. Die Steuerung und/oder Regelung wird in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Betriebsbedingungen vorgenommen, die im dynamischen Betrieb des Brennstoffzellensystems herrschen können. Im mobilen Betrieb eines Fahrzeuges können verschiedenste Betriebszustände sowie Betriebsbereiche auftreten, wie z. B. Berg- und Talfahrten, Start-Stopp-Betrieb, Teillastbetrieb, Volllastbetrieb, schnelle und gravierende Laständerungen, bspw. beim Bremsen und Beschleunigen des Fahrzeuges, usw. In Abhängigkeit von den unterschiedlichen Betriebsbedingungen werden mithilfe der Erfindung mehrere Betriebsmodi definiert. Für jeden Betriebsmodus wird eine spezielle geeignete Wasseraktivität im System eingestellt. Auf diese Weise kann insbesondere der dynamische Betrieb des Brennstoffzellensystems unter unterschiedlichsten Betriebsbedingungen aus Sicht des Wassermanagements erheblich verbessert werden, und zwar in der Art, die besonders schonend und sicher für das ganze System ist. Insgesamt betrachtet kann mithilfe der Erfindung das Wassermanagement beim Betreiben des Brennstoffzellensystems erheblich verbessert werden.
  • Vorteilhafterweise können die unterschiedlichen Betriebsbedingungen durch verschiedene Parameter bestimmt werden:
    • - Betriebsparameter des Brennstoffzellensystems, wie elektrischer Strom und/oder Kühlmitteltemperatur, und/oder
    • - Umgebungsparameter, wie Temperatur, Feuchtigkeit und/oder Druck.
    Auf diese Weise können unterschiedliche Betriebsbedingungen individuell mithilfe von Parametern beschrieben werden, die die elektrische Leistung des Brennstoffzellensystems direkt oder indirekt beeinflussen können. In Kenntnis von unterschiedlichen Betriebsbedingungen kann eine vorteilhafte Unterteilung auf mehrere Betriebsmodi vorgenommen werden.
  • Eine beispielhafte, nicht abschließende Unterteilung auf mehrere Betriebsmodi kann mindestens einen von den folgenden Modi aufweisen:
    • - ein Start des Brennstoffzellensystems,
    • - ein Kaltstart des Brennstoffzellensystems, insbesondere bei Temperaturen zwischen -4 °C und 4°C,
    • - ein Gefrierstart des Brennstoffzellensystems, insbesondere bei Temperaturen unterhalb -4 °C,
    • - ein Normallastbetrieb des Brennstoffzellensystems,
    • - ein Teillastbetrieb des Brennstoffzellensystems,
    • - ein Lastenanstieg, insbesondere ein positiver Lastensprung, des Brennstoffzel lensystems,
    • - ein Lastenabstieg, insbesondere ein negativer Lastensprung, des Brennstoffzellensystems, usw.
    Auf diese Weise kann ein dynamischer Betrieb des Brennstoffzellensystems, insbesondere im mobilen Betrieb eines Fahrzeuges, auf eine flexible Weise abgebildet werden. Dadurch kann ermöglicht werden, dass das Wassermanagement die geeigneten Wasseraktivitäten dynamisch anpassen kann.
  • Eine beispielhafte, nicht abschließende Auflistung von verschiedenen geeigneten Wasseraktivitäten für die mehreren Betriebsmodi kann mindestens eine der folgenden Feuchtigkeitseinstellungen aufweisen:
    • - sehr trocken, insbesondere bei einer Wasseraktivität von 0,7, vorzugsweise für einen Gefrierstart und/oder Kaltstart des Brennstoffzellensystems,
    • - trocken, insbesondere bei einer Wasseraktivität von 0,8, vorzugsweise für einen Start und/oder einem Lastenabstieg, insbesondere einem negativen Lastensprung, des Brennstoffzellensystems,
    • - normal, insbesondere bei einer Wasseraktivität von 1,4, vorzugsweise bei einem Normallastbetrieb des Brennstoffzellensystems,
    • - feucht, insbesondere bei einer Wasseraktivität von 1, 8, vorzugsweise bei einem Lastenanstieg, insbesondere einem positiven Lastensprung, des Brennstoffzellensystems,
    • - adaptiv, insbesondere in einem Bereich einer Wasseraktivität im Bereich von 0,7 bis 1,4, vorzugsweise bei einem Teillastbetrieb des Brennstoffzellensystems, usw.
  • Auf diese Weise kann ermöglicht werden, dass das Wassermanagement die Wasseraktivität im System flexibel anpassen kann, um den dynamischen Betrieb des Brennstoffzellensystems besser abbilden zu können.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass die geeignete Wasseraktivität mithilfe von verschiedenen Stellparametern des Brennstoffzellensystems eingestellt werden kann:
    • - Feuchtigkeit einer Zuluft eines Kathodensystems,
    • - Druck einer Zuluft eines Kathodensystems,
    • - Luftüberschuss in einem Kathodensystem,
    • - Massenstrom einer Zuluft eines Kathodensystems, und/oder
    • - Brennstoffüberschuss in einem Anodensystem.
    Auf diese Weise kann eine flexible Anpassung der Wasseraktivität mithilfe von Stellgliedern und Aktoren in Reaktantensubsystemen, insbesondere in einem Kathodensystem und vorzugsweise in einem Anodensystem, des Brennstoffzellensystems ermöglicht werden.
  • Um die Feinfühligkeit und Genauigkeit beim Einstellen der geeigneten Wasseraktivität zu erhöhen, können verschiedene Parameter berücksichtigt und/oder angepasst werden, die die Leistung des Brennstoffzellensystems direkt und/oder indirekt beeinflussen können:
    • - Betriebsparameter des Brennstoffzellensystems, wie elektrischer Strom und/oder Kühlmitteltemperatur (am Eingang in den Stack, am Ausgang aus dem Stack, und/oder Temperaturdifferenz zwischen Eingang und Ausgang), und/oder
    • - Umgebungsparameter, wie Temperatur, Feuchtigkeit und/oder Druck.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass beim Einstellen der geeigneten Wasseraktivität, insbesondere zum Reduzieren der Wasseraktivität, ein Drainvorgang eines Anodensystems des Brennstoffzellensystems durchgeführt wird. Auf diese Weise kann die Feuchtigkeit im Anodensystem angepasst werden und somit die Feuchtigkeit im Stack.
  • Vorteilhafterweise kann das Verfahren folgende Aktionen zu einer Regelung der geeigneten Wasseraktivität aufweisen:
    • - Erfassen von Betriebsparameter des Brennstoffzellensystems, Umgebungsparameter und/oder Stellparameter des Brennstoffzel lensystems,
    • - Ermitteln einer aktuellen Wasseraktivität in Abhängigkeit von dem Erfassen,
    • - Vergleichen der ermittelten aktuellen Wasseraktivität mit der eingestellten geeigneten Wasseraktivität,
    • - Anpassen von Betriebsparameter und/oder Stellparameter des Brennstoffzellensystems, um einen Unterschied zwischen der ermittelten aktuellen Wasseraktivität mit der eingestellten geeigneten Wasseraktivität auszugleichen.
  • Auf diese Weise kann eine Regelung der geeigneten Wasseraktivität ermöglicht werden. Ferner kann dadurch eine closed-loop-Regelung der geeigneten Wasseraktivität ermöglicht werden.
  • Zunächst kann der Sollwert für die Wasseraktivität abhängig von dem ausgewählten Betriebsmodus abgeleitet und an die Regelung vorgegeben werden.
  • Der Istwert bzw. der aktuelle Wert für die Wasseraktivität kann aus den verfügbaren Messdaten und optional zusätzlich mit Werten aus Modellen, die die verfügbaren Messdaten als Eingangsparameter erhalten, ermittelt werden. Die Aktivität kann bspw. aus folgenden Größen berechnet werden, die direkt gemessen oder teilweise auch aus Modellen (mit eingehenden Messdaten) ermittelt werden können:
    • - Feuchtigkeit einer Zuluft eines Kathodensystems,
    • - Druck einer Zuluft eines Kathodensystems,
    • - Luftüberschuss in einem Kathodensystem,
    • - Massenstrom einer Zuluft eines Kathodensystems,
    • - Brennstoffüberschuss in einem Anodensystem, und/oder
    • - Impedanzantwort des Systems.
  • Die closed-loop-Regelung kann einen Integralanteil bereitstellen, der so eingestellt werden kann, dass die Zeitkonstanten des Wasserhaushaltes in den Zellen und im Stack berücksichtigt werden können. Die Zeitkonstanten der dynamischen Effekte im System unterscheiden sich z.T. um mehrere Größenordnungen. Die Zeitkonstanten des Wassermanagements liegen im Bereich von Sekunden bis Minuten und sind damit eher groß. Im hochdynamischen Betrieb (Millisekunden, Sekunden) kann daher von einem näherungsweise gleichbleibenden oder sich nur geringfügig ändernden Wassermanagementzustand des Systems ausgegangen werden. Dies gilt jedoch nur für einen kurzen Zeitabschnitt und kann zu einem unerwünschten Systemzustand führen, wenn z.B. wiederholt (wenn auch nur für kurze Zeit) zu trockene / zu feuchte Bedingungen durch die dynamische Betriebsführung vorherrschen. Die closed-loop-Regelung führt einen Integralanteil ein, der die Abweichungen der Soll-Aktivität von der Ist-Aktivität bilanziert und eine bleibende / dauerhafte Abweichung vom zulässigen Wassermanagementzustand des Stacks vermeidet.
  • Dadurch kann der Systembetrieb hinsichtlich des Wassermanagements robuster gestaltet werden, die schnelle Dynamik wird herausgemittelt, die Übergänge zwischen den Betriebsmodi können dadurch reibungsloser durchgeführt werden.
  • Zugleich ist aber auch denkbar, dass die Regelung den zeitkonstanten des Wassermanagements folgen kann. Hierzu kann das Verfahren mindestens eine der folgenden Aktionen aufweisen:
    • - Anpassen des korrespondierenden Betriebsmodus in Abhängigkeit von dem Erfassen von Betriebsparametern des Brennstoffzellensystems, Umgebungsparametern und/oder Stellparametern des Brennstoffzellensystems.
  • Auf eine vorteilhafte Weise kann vorgesehen sein, dass das Verfahren folgende Aktionen aufweist:
    • - Erfassen (Schätzen und/oder Modulieren) von aktuellen Wasserspeicherkapazitäten im Brennstoffzellensystem,
    • - Berücksichtigen von erfassten aktuellen Wasserspeicherkapazitäten im Brennstoffzellensystem bei der Regelung der geeigneten Wasseraktivität.
    Auf diese Weise kann nicht nur das Produktwasser berücksichtigt werden, welches in Folge der chemischen Reaktion entsteht, sondern auch das Wasser, welches in den Speichervorräten (wie. z. B. in porösen Strukturen, Schäumen, Leitungen usw.) im System vorhanden ist. Die Regelung kann dabei auch die internen Speicherzustände des Stacks, sowohl auf Zellebene als auch auf Ebene des gesamten Stacks, und optional der umliegenden Subsysteme, wie des Kathodensystems und/oder des Anodensystems, berücksichtigen. Auf diese Weise kann die Regelung der geeigneten Wasseraktivität mit einer erhöhten Genauigkeit erfolgen und der eingestellte Sollwert genauer an den aktuellen Istwert angepasst werden.
  • Noch weiter kann es vorteilhaft sein, wenn das Verfahren folgende Aktionen aufweist:
    • - Zuordnen von verschiedenen Priorisierungen für die mehreren Betriebsmodi im Hinblick auf eine geeignete Regelgüte bei der Regelung der geeigneten Wasseraktivität,
    • - Einstellen einer geeigneten Regelgüte, insbesondere in Form von geeigneten Schwellenwerten, bei der Regelung der geeigneten Wasseraktivität in Abhängigkeit von einer zugeordneten Priorisierung für den aktuellen Betriebsmodus.
    Dabei wird erkannt, dass unterschiedliche Betriebsmodi mehr oder weniger empfindlich im Hinblick auf das Einhalten von vorgesehenen Schwellenwerten bei der Regelung der Wasseraktivität sind. So kann z. B. bei einem Teillastbetrieb eine größere Abweichung zulässig sein, als bei einem Gefrierstart. Mit dem Einstellen einer geeigneten Regelgüte für verschiedene Betriebsmodi kann die Regelung flexibler und effektiver gestaltet werden.
  • Noch weiter kann es vorteilhaft sein, wenn das Verfahren folgende Aktionen aufweist:
    • - Bestimmen von verschiedenen Optimierungszielen beim Betreiben des Brennstoffzel lensystems,
    • - Berücksichtigen von einem korrespondierenden Optimierungsziel im Brennstoffzellensystem bei der Regelung der geeigneten Wasseraktivität.
    Die verschiedenen Optimierungsziele, wie z. B. Lebensdauer, Verbrauch, usw., können somit Freiheitsgrade für die Regelung bestimmen, indem sie Grenzwerte für die Einstellung von Stellparametern setzen, wie z.B. Grenzwerten für den Luftüberschuss (Performance, hohe Dynamik, hohes Dauerleistungsvermögen), Brennstoffüberschuss (Wirkungsgrad und H2-Verbrauch), Druck (Lebensdauer) usw. Auf diese Weise kann die Regelung an das gewünschte Optimierungsziel angepasst werden.
  • Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn das Verfahren mindestens eine der folgenden Aktionen aufweist:
    • - Zuordnen von verschiedenen Priorisierungen für die mehreren Betriebsmodi im Hinblick auf ein geeignetes Optimierungsziel beim Betreiben des Brennstoffzellensystems,
    • - Berücksichtigen eines geeigneten Optimierungsziels bei der Regelung der geeigneten Wasseraktivität in Abhängigkeit von einer zugeordneten Priorisierung für den aktuellen Betriebsmodus.
    Dabei wird erkannt, dass unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen und somit bei verschiedenen Betriebsmodi unterschiedliche Optimierungsziele relevant sein können. Im Normalbetrieb, bspw. bei geringer Systemdynamik (z.B. <5 kW/s) kann die Einhaltung der Wasserbilanz (Wasserspeicher im Sollbereich halten) Priorität haben. Daraus resultiert eine optimale Membranfeuchte, die das Erreichen von Lebensdauerzielen aktiv unterstützt. Bei hoher Systemdynamik (z.B. >5 kW/s) kann vor allem die Vermeidung von performancelimitierenden Effekten (z.B. Flutung) Priorität haben. Im Trocknungsbetrieb, z. B. beim Trocknen der Membran und/oder Gefrier-Start-Vorbereitungen können auch sehr trockene Bedingungen eingestellt bzw. angefahren werden.
  • Das Verfahren kann weiterhin zumindest zum Teil durch eine Steuereinheit des Brennstoffzellensystems durchgeführt werden, bspw. in Form einer zentralen Steuereinheit des Brennstoffzellensystems.
  • Eine entsprechende Steuereinheit stellt einen weiteren Aspekt der Erfindung bereit. In einer Speichereinheit der Steuereinheit kann ein Computerprogramm in Form eines Codes hinterlegt werden, welcher bei Ausführen des Codes durch eine Recheneinheit der Steuereinheit ein Verfahren durchführt, welches wie oben beschrieben ablaufen kann. Mithilfe der Steuereinheit können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
  • Die Steuereinheit kann mit den Sensoren in den Subsystemen des Brennstoffzellensystems in einer Kommunikationsverbindung stehen, um die Sensorwerte zu überwachen.
  • Die Steuereinheit kann die Aktoren in den Subsystemen des Brennstoffzellensystems entsprechend ansteuern, um das Verfahren wie oben beschrieben durchzuführen.
  • Außerdem kann die Steuereinheit mit einer externen Recheneinheit in einer Kommunikationsverbindung stehen, um einige Verfahrensschritte und/oder Berechnungen ganz oder tlw. an die externe Recheneinheit auszulagern.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts stellt die Erfindung ein Computerprogrammprodukt bereit, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch einen Computer, wie z. B. die Recheneinheit der Steuereinheit, den Computer veranlassen, das Verfahren durchzuführen, welches wie oben beschrieben ablaufen kann. Mithilfe des Computerprogrammprodukts können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder der erfindungsgemäßen Steuereinheit beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele:
  • Die Erfindung und deren Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
    • 1 eine beispielhafte Betriebsstrategie im Sinne der Erfindung, und
    • 2 eine beispielhafte Betriebsstrategie mit einer weiterentwickelten Regelung.
  • In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile der Erfindung stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese i. d. R. nur einmal beschrieben werden.
  • Die 1 dient zum Erklären eines Verfahrens 100 im Sinne der vorliegenden Offenbarung, welches zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen BB dient. Das Verfahren 100 weist folgende Aktionen auf:
    • 101 Bestimmen von mehreren Betriebsmodi BM zum Betreiben des Brennstoffzellensystems in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsbedingungen BB des Brennstoffzellensystems,
    • 102 Zuordnen von verschiedenen geeigneten Wasseraktivitäten a für die mehreren Betriebsmodi BM, gemeint ist dabei jeweils einen geeigneten Wert für die einzustellende Wasseraktivität pro Betriebsmodus,
    • 103 Auswählen eines korrespondierenden Betriebsmodus BM von den mehreren Betriebsmodi BM zum Betreiben des Brennstoffzellensystems in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsbedingungen BB des Brennstoffzel lensystems,
    • 104 Auswählen einer geeigneten Wasseraktivität a zum Betreiben des Brennstoffzellensystems in Abhängigkeit von dem korrespondierenden Betriebsmodus BM,
    • 105 Einstellen der ausgewählten geeigneten Wasseraktivität a im Brennstoffzellensystem, und
    • 106 Betreiben des Brennstoffzellensystems mit der eingestellten geeigneten Wasseraktivität a.
  • Der Erfindung schlägt im Rahmen eines Wassermanagements beim Betreiben des Brennstoffzellensystems eine flexible Einstellung der Wasseraktivität a vor.
  • Mithilfe der flexiblen Einstellung der Wasseraktivität a können die Erfordernisse an den Feuchtehaushalt im System im dynamischen Betrieb besser abgebildet werden. Insbesondere kann dies für Brennstoffzellensysteme von Vorteil sein, die im mobilen Betrieb eines Fahrzeuges verwendet werden.
  • Hierzu schlägt die Erfindung vor, dass die Wasseraktivität a gesteuert und/oder geregelt wird. Die Steuerung und/oder Regelung wird in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Betriebsbedingungen BB vorgenommen, die im dynamischen Betrieb des Brennstoffzellensystems stark variieren können. Im mobilen Betrieb eines Fahrzeuges müssen verschiedenste Betriebszustände sowie Betriebsbereiche abgebildet werden, wie z. B. Berg- und Talfahrten, Start-Stopp-Betrieb, Teillastbetrieb, Volllastbetrieb, schnelle und gravierende Laständerungen, bspw. beim Bremsen und Beschleunigen des Fahrzeuges, usw.
  • In Abhängigkeit von den unterschiedlichen Betriebsbedingungen BB werden zunächst in Schritt 101 mehrere Betriebsmodi definiert. Für jeden Betriebsmodus wird in Schritt 102 eine spezielle geeignete Wasseraktivität a im System bestimmt.
  • Im Feld wir für jeden aktuellen Betriebsmodus BM aus dem Schritt 103 in Schritt 104 eine geeignete Wasseraktivität a ausgewählt in Schritt 105 im System eingestellt, um das System in Schritt 106 zu betreiben
  • Auf diese Weise kann der dynamische Betrieb des Brennstoffzellensystems aus Sicht des Wassermanagements erheblich verbessert werden.
  • Wie es links in der 1 angedeutet ist, können die unterschiedlichen Betriebsbedingungen BB im Rahmen der vorliegenden Offenbarung durch verschiedene Parameter BP, UP bestimmt werden:
    • - Betriebsparameter BP des Brennstoffzellensystems, wie elektrischer Strom I und/oder Kühlmitteltemperatur TcoolIn, TcoolOut, ΔTcool, und/oder
    • - Umgebungsparameter UP, wie Temperatur Tamb, Feuchtigkeit φamb und/oder Druck pamb.
  • Wie es die 1 andeutet, kann eine beispielhafte, nicht abschließende Unterteilung auf mehrere Betriebsmodi BM mindestens einen von den folgenden Modi aufweisen:
    • - ein Start BM1 des Brennstoffzellensystems,
    • - ein Kaltstart BM2 des Brennstoffzellensystems, insbesondere bei Temperaturen zwischen -4 °C und 4°C,
    • - ein Gefrierstart BM3 des Brennstoffzellensystems, insbesondere bei Temperaturen unterhalb -4 °C,
    • - ein Normallastbetrieb BM4 des Brennstoffzellensystems,
    • - ein Teillastbetrieb BM5 des Brennstoffzellensystems,
    • - ein Lastenanstieg BM6, insbesondere ein positiver Lastensprung, des Brennstoffzel lensystems,
    • - ein Lastenabstieg BM7, insbesondere ein negativer Lastensprung, des Brennstoffzellensystems, usw.
  • Eine beispielhafte, nicht abschließende Auflistung von verschiedenen geeigneten Wasseraktivitäten a für die mehreren Betriebsmodi kann mindestens eine der folgenden Feuchtigkeitseinstellungen aufweisen:
    • - sehr trocken a1, insbesondere bei einer Wasseraktivität a von 0,7, vorzugsweise für einen Gefrierstart BM3 und/oder Kaltstart BM2 des Brennstoffzel lensystems,
    • - trocken a2, insbesondere bei einer Wasseraktivität a von 0,8, vorzugsweise für einen Start BM und/oder einem Lastenabstieg BM7, insbesondere einem negativen Lastensprung, des Brennstoffzel lensystems,
    • - normal a3, insbesondere bei einer Wasseraktivität a von 1,4, vorzugsweise bei einem Normallastbetrieb BM4 des Brennstoffzellensystems,
    • - feucht a4, insbesondere bei einer Wasseraktivität a von 1, 8, vorzugsweise bei einem Lastenanstieg BM6, insbesondere einem positiven Lastensprung, des Brennstoffzellensystems,
    • - adaptiv a5, insbesondere in einem Bereich einer Wasseraktivität a im Bereich von 0,7 bis 1,4, vorzugsweise bei einem Teillastbetrieb BM5 des Brennstoffzellensystems, usw.
  • Ferner deutet die 1 an, dass die geeignete Wasseraktivität a mithilfe von verschiedenen Stellparametern SP des Brennstoffzellensystems eingestellt werden kann:
    • - Feuchtigkeit φCath einer Zuluft eines Kathodensystems,
    • - Druck pCath einer Zuluft eines Kathodensystems,
    • - Luftüberschuss λCath in einem Kathodensystem,
    • - Massenstrom mfair einer Zuluft eines Kathodensystems,
    • - Brennstoffüberschuss λAn in einem Anodensystem, usw.
  • Weiterhin deutet die 1 an, dass beim Einstellen der geeigneten Wasseraktivität a die verschiedenen Parameter BP, UP berücksichtigt und/oder angepasst werden können:
    • - Betriebsparameter BP des Brennstoffzellensystems, wie elektrischer Strom I und/oder Kühlmitteltemperatur am Eingang in den Stack Tcoolln, Kühlmitteltemperatur am Ausgang aus dem Stack TcoolOut, Differenz ΔTcool der Kühlmitteltemperatur Tcool zwischen Eingang und Ausgang, und/oder
    • - Umgebungsparameter UP, wie Temperatur Tamb, Feuchtigkeit φamb und/oder Druck pamb.
  • Weiterhin kann zum Reduzieren der Wasseraktivität a ein Drainvorgang eines Anodensystems des Brennstoffzellensystems durchgeführt werden. Auf diese Weise kann die Feuchtigkeit im Anodensystem angepasst werden und somit die Feuchtigkeit im Stack.
  • Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Schritte 103 bis 106 in Form einer Steuerung S durchgeführt werden.
  • Weiterhin ist es denkbar, dass ein Regelkreis R mit den Schritten 103 bis 110 bereitgestellt werden kann.
  • Des Weiteren ist es denkbar, dass eine closed-loop-Regelung cIR der Wasseraktivität a gemäß den Schritte 105 bis 110 bereitgestellt werden kann. Die closed-loop-Regelung cIR kann für hoch dynamische Fälle von Vorteil sein, wenn die Zeitkonstanten tM des Wassermanagements länger sind als die Zeitkonstanten tz des Wasserhaushaltes im System.
  • Wie es die 2 zeigt, kann das Verfahren 100 folgende Aktionen zu einer Regelung R der geeigneten Wasseraktivität a aufweisen:
    • 107 Erfassen von Betriebsparametern BP des Brennstoffzellensystems, Umgebungsparametern UP und/oder Stellparametern SP des Brennstoffzellensystems,
    • 108 Ermitteln einer aktuellen Wasseraktivität aist in Abhängigkeit von dem Erfassen,
    • 109 Vergleichen der ermittelten aktuellen Wasseraktivität aist mit der eingestellten geeigneten Wasseraktivität a,
    • 110 Anpassen von Betriebsparametern BP und/oder Stellparametern SP des Brennstoffzellensystems, um einen Unterschied zwischen der ermittelten aktuellen Wasseraktivität aist mit der eingestellten geeigneten Wasseraktivität a auszugleichen.
  • Der Istwert aist bzw. der aktuelle Wert für die Wasseraktivität aist kann in Schritt 108 aus den verfügbaren Messdaten und optional zusätzlich mit Werten aus Modellen, die die verfügbaren Messdaten als Eingangsparameter erhalten, ermittelt werden.
  • Die aktuelle Wasseraktivität aist kann in Schritt 110 ähnlich wie in Schritt 105, mithilfe von Stellparametern SP angepasst werden:
    • - Feuchtigkeit φCath einer Zuluft eines Kathodensystems,
    • - Druck pCath einer Zuluft eines Kathodensystems,
    • - Luftüberschuss λCath in einem Kathodensystem,
    • - Massenstrom mfair einer Zuluft eines Kathodensystems,
    • - Brennstoffüberschuss λAn in einem Anodensystem, usw.
  • Auch in Schritt 110 können die Betriebsparameter BP des Brennstoffzellensystems, wie elektrischer Strom I und/oder Kühlmitteltemperatur Tcoolln, TcoolOut, ΔTcool angepasst werden.
  • Die Regelung R enthält dadurch einen Integralanteil (den Loop cIR zwischen Schritt 110 und Schritt 105), der so eingestellt wird, dass die Zeitkonstanten tz des Wasserhaushaltes in den Zellen und im Stack berücksichtigt werden können. Die Zeitkonstanten tz des Wasserhaushaltes unterscheiden sich im dynamischen Betrieb des Systems z.T. um mehrere Größenordnungen von den Zeitkonstanten tM des Wassermanagements. Die Zeitkonstanten tM des Wassermanagements liegen im Bereich von Sekunden bis Minuten und sind damit eher groß. Die Zeitkonstanten im hochdynamischen Betrieb liegen z. T im Bereich von Millisekunden bis Sekunden.
  • Im hochdynamischen Betrieb (Millisekunden, Sekunden) kann das Wassermanagement die Wasseraktivität a nicht schnell genug anpassen, um den Feuchteänderungen im System zu folgen. Die closed-loop-Regelung cIR gemäß den Schritten 105 bis 110 kann die Abweichungen der Soll-Aktivität von der Ist-Aktivität bilanzieren und eine bleibende bzw. dauerhafte Abweichung vom zulässigen Wassermanagementzustand des Stacks vermeiden.
  • Durch die closed-loop-Regelung cIR gemäß den Schritten 105 bis 110 kann der Systembetrieb hinsichtlich des Wassermanagements robuster gestaltet werden. Die schnelle Dynamik kann dadurch herausgemittelt werden. Die Übergänge zwischen den Betriebsmodi BM können dadurch reibungsloser durchgeführt werden.
  • Zugleich ist aber auch denkbar, dass die Regelung R den zeitkonstanten des Wassermanagements folgen kann. Hierzu kann das Verfahren 100 mindestens eine der folgenden Aktionen aufweist:
    • 111 Anpassen des korrespondierenden Betriebsmodus BM in Abhängigkeit von dem Erfassen von Betriebsparameter BP des Brennstoffzellensystems, Umgebungsparameter UP und/oder Stellparameter SP des Brennstoffzellensystems.
  • Wie es die 2 weiterhin zeigt, kann das Verfahren 100 folgende Aktionen aufweisen:
    • 112 Erfassen Schätzen und/oder Modulieren von aktuellen Wasserspeicherkapazitäten im Brennstoffzellensystem,
    • 113 Berücksichtigen von erfassten aktuellen Wasserspeicherkapazitäten im Brennstoffzellensystem bei der Regelung R der geeigneten Wasseraktivität a.
  • Die Regelung R kann dabei auch die internen Speicherzustände im System, sowohl auf Zellebene als auch auf Ebene des gesamten Stacks, und optional der umliegenden Subsysteme, wie des Kathodensystems und/oder des Anodensystems. Auf diese Weise kann die Regelung R der geeigneten Wasseraktivität mit einer erhöhten Genauigkeit erfolgen und der eingestellte Sollwert genauer an den aktuellen Istwert angepasst werden.
  • Wie es die 2 des Weiteren zeigt, kann das Verfahren 100 folgende Aktionen aufweisen:
    • 114 Zuordnen von verschiedenen Priorisierungen für die mehreren Betriebsmodi BM im Hinblick auf eine geeignete Regelgüte bei der Regelung R der geeigneten Wasseraktivität a,
    • 115 Einstellen einer geeigneten Regelgüte, insbesondere in Form von geeigneten Schwellenwerten Δa, bei der Regelung R der geeigneten Wasseraktivität a in Abhängigkeit von einer zugeordneten Priorisierung für den aktuellen Betriebsmodus BM.
  • Die unterschiedlichen Betriebsmodi BM sind mehr oder weniger empfindlich im Hinblick auf das Einhalten von vorgesehenen Schwellenwerten Δa bei der Regelung R der Wasseraktivität a. So kann z. B. bei einem Teillastbetrieb BM5 eine größere Abweichung zulässig sein, als bei einem Gefrierstart BM3. Mit dem Einstellen einer geeigneten Regelgüte für verschiedenen Betriebsmodi BM kann die Regelung R flexibler und effektiver gestaltet werden.
  • Wie es die 2 noch weiter zeigt, kann das Verfahren 100 folgende Aktionen aufweisen:
    • 116 Bestimmen von verschiedenen Optimierungszielen Opt beim Betreiben des Brennstoffzellensystems,
    • 117 Berücksichtigen von einem korrespondierenden Optimierungsziel Opt im Brennstoffzellensystem bei der Regelung R der geeigneten Wasseraktivität a.
  • Die verschiedenen Optimierungsziele Opt, wie z. B. Lebensdauer, Verbrauch, usw., können Freiheitsgrade für die Regelung R bestimmen, indem sie Grenzwerte für die Einstellung von Stellparametern SP setzen, wie z.B. Grenzwerten für den Luftüberschuss (Performance, hohe Dynamik, hohes Dauerleistungsvermögen), Brennstoffüberschuss (Wirkungsgrad und H2-Verbrauch), Druck (Lebensdauer) usw.
  • Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn das Verfahren 100 mindestens eine der folgenden Aktionen aufweist:
    • 118 Zuordnen von verschiedenen Priorisierungen für die mehreren Betriebsmodi BM im Hinblick auf ein geeignetes Optimierungsziel beim Betreiben des Brennstoffzellensystems,
    • 119 Berücksichtigen eines geeigneten Optimierungsziels bei der Regelung R der geeigneten Wasseraktivität a in Abhängigkeit von einer zugeordneten Priorisierung für den aktuellen Betriebsmodus BM.
  • Unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen BB und somit bei verschiedenen Betriebsmodi BM können unterschiedliche Optimierungsziele Opt relevant sein. Im Normalbetrieb, bspw. bei geringer Systemdynamik (z.B. <5 kW/s) kann die Einhaltung der Wasserbilanz (Wasserspeicher im Sollbereich halten) Priorität haben. Daraus resultiert eine optimale Membranfeuchte, die das Erreichen von Lebensdauerzielen aktiv unterstützt. Bei hoher Systemdynamik (z.B. >5 kW/s) kann vor allem die Vermeidung von performancelimitierenden Effekten (z.B. Flutung) Priorität haben. Im Trocknungsbetrieb, z. B. beim Trocknen der Membran und/oder Gefrierstart-Vorbereitungen können auch sehr trockene Bedingungen der Speicher eingestellt bzw. angefahren werden.
  • Eine entsprechende Steuereinheit 200, die schematisch in der 1 angedeutet ist, stellt einen weiteren Aspekt der Erfindung bereit. In einer Speichereinheit der Steuereinheit 200 kann ein Computerprogramm in Form eines Codes hinterlegt werden, welcher bei Ausführen des Codes durch eine Recheneinheit der Steuereinheit 200 ein Verfahren 100 durchführt, welches wie oben beschrieben ablaufen kann.
  • Die Steuereinheit 200 kann mit den Sensoren in den Subsystemen des Brennstoffzellensystems in einer Kommunikationsverbindung stehen, um die Sensorwerte zu überwachen.
  • Die Steuereinheit 200 kann die Aktoren in den Subsystemen des Brennstoffzellensystems entsprechend ansteuern, um das Verfahren 100 wie oben beschrieben durchzuführen.
  • Optional kann die Steuereinheit 200 mit einer externen Recheneinheit in einer Kommunikationsverbindung stehen, um einige Verfahrensschritte und/oder Berechnungen ganz oder tlw. an die externe Recheneinheit auszulagern.
  • Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (15)

  1. Verfahren (100) zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen (BB), aufweisend: - Bestimmen von mehreren Betriebsmodi (BM) zum Betreiben des Brennstoffzellensystems in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsbedingungen (BB) des Brennstoffzellensystems, - Zuordnen von verschiedenen geeigneten Wasseraktivitäten (a) für die mehreren Betriebsmodi (BM), - Auswählen eines korrespondierenden Betriebsmodus (BM) von den mehreren Betriebsmodi (BM) zum Betreiben des Brennstoffzellensystems in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsbedingungen (BB) des Brennstoffzellensystems, - Auswählen einer geeigneten Wasseraktivität (a) zum Betreiben des Brennstoffzellensystems in Abhängigkeit von dem korrespondierenden Betriebsmodus (BM), - Einstellen der ausgewählten geeigneten Wasseraktivität (a) im Brennstoffzellensystem, und - Betreiben des Brennstoffzellensystems mit der eingestellten geeigneten Wasseraktivität (a).
  2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Betriebsbedingungen (BB) durch verschiedene Parameter (BP, UP) bestimmt werden: - Betriebsparameter (BP) des Brennstoffzellensystems, wie elektrischer Strom (I) und/oder Kühlmitteltemperatur (Tcoolln, TcoolOut, ΔTcool), und/oder - Umgebungsparameter (UP), wie Temperatur (Tamb), Feuchtigkeit (ϕamb) und/oder Druck (pamb).
  3. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Betriebsmodi (BM) des Brennstoffzellensystems mindestens einen von den folgenden Modi aufweisen: - ein Start (BM1) des Brennstoffzellensystems, - ein Kaltstart (BM2) des Brennstoffzellensystems, insbesondere bei Temperaturen zwischen -4 °C und 4°C, - ein Gefrierstart (BM3) des Brennstoffzellensystems, insbesondere bei Temperaturen unterhalb -4 °C, - ein Normallastbetrieb (BM4) des Brennstoffzellensystems, - ein Teillastbetrieb (BM5) des Brennstoffzellensystems, - ein Lastenanstieg (BM6), insbesondere ein positiver Lastensprung, des Brennstoffzellensystems, - ein Lastenabstieg (BM7), insbesondere ein negativer Lastensprung, des Brennstoffzellensystems, usw.
  4. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen geeigneten Wasseraktivitäten (a) mindestens eine der folgenden Feuchtigkeitseinstellungen aufweisen können: - sehr trocken (a1), insbesondere bei einer Wasseraktivität (a) von 0,7, vorzugsweise für einen Gefrierstart (BM3) und/oder Kaltstart (BM2) des Brennstoffzellensystems, - trocken (a2), insbesondere bei einer Wasseraktivität (a) von 0,8, vorzugsweise für einen Start (BM) und/oder einem Lastenabstieg (BM7), insbesondere einem negativen Lastensprung, des Brennstoffzellensystems, - normal (a3), insbesondere bei einer Wasseraktivität (a) von 1,4, vorzugsweise bei einem Normallastbetrieb (BM4) des Brennstoffzellensystems, - feucht (a4), insbesondere bei einer Wasseraktivität (a) von 1, 8, vorzugsweise bei einem Lastenanstieg (BM6), insbesondere einem positiven Lastensprung, des Brennstoffzellensystems, - adaptiv (a5), insbesondere in einem Bereich einer Wasseraktivität (a) im Bereich von 0,7 bis 1,4, vorzugsweise bei einem Teillastbetrieb (BM5) des Brennstoffzellensystems, usw.
  5. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geeignete Wasseraktivität (a) mithilfe von verschiedenen Stellparameter (SP) des Brennstoffzellensystems eingestellt wird: - Feuchtigkeit (ϕCath) einer Zuluft eines Kathodensystems, - Druck (pCath) einer Zuluft eines Kathodensystems, - Luftüberschuss (λCath) in einem Kathodensystem, - Massenstrom (mfair) einer Zuluft eines Kathodensystems, und/oder - Brennstoffüberschuss (λAn) in einem Anodensystem.
  6. Verfahren (100) nach ach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einstellen der geeigneten Wasseraktivität (a) verschiedene Parameter (BP) berücksichtigt und/oder angepasst werden: - Betriebsparameter (BP) des Brennstoffzellensystems, wie elektrischer Strom (I) und/oder Kühlmitteltemperatur (TcoolIn, TcoolOut, ΔTcool), und/oder dass beim Einstellen der geeigneten Wasseraktivität (a) verschiedene Parameter (UP) berücksichtigt werden: - Umgebungsparameter (UP), wie Temperatur (Tamb), Feuchtigkeit (ϕamb) und/oder Druck (pamb).
  7. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einstellen der geeigneten Wasseraktivität (a), insbesondere zum Reduzieren der Wasseraktivität (a), ein Drainvorgang eines Anodensystems des Brennstoffzellensystems durchgeführt wird.
  8. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) folgende Aktionen zu einer Regelung (R) der geeigneten Wasseraktivität (a) aufweist: - Erfassen von Betriebsparametern (BP) des Brennstoffzellensystems, Umgebungsparametern (UP) und/oder Stellparametern (SP) des Brennstoffzellensystems, - Ermitteln einer aktuellen Wasseraktivität (aist) in Abhängigkeit von dem Erfassen, - Vergleichen der ermittelten aktuellen Wasseraktivität (aist) mit der eingestellten geeigneten Wasseraktivität (a), - Anpassen von Betriebsparametern (BP) und/oder Stellparametern (SP) des Brennstoffzellensystems, um einen Unterschied zwischen der ermittelten aktuellen Wasseraktivität (aist) mit der eingestellten geeigneten Wasseraktivität (a) auszugleichen.
  9. Verfahren (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) mindestens eine der folgenden Aktionen aufweist: - Anpassen des korrespondierenden Betriebsmodus (BM) in Abhängigkeit von dem Erfassen von Betriebsparametern (BP) des Brennstoffzellensystems, Umgebungsparametern (UP) und/oder Stellparametern (SP) des Brennstoffzellensystems.
  10. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) folgende Aktionen aufweist: - Erfassen von aktuellen Wasserspeicherkapazitäten im Brennstoffzellensystem, - Berücksichtigen von erfassten aktuellen Wasserspeicherkapazitäten im Brennstoffzellensystem bei der Regelung (R) der geeigneten Wasseraktivität (a).
  11. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) folgende Aktionen aufweist: - Zuordnen von verschiedenen Priorisierungen für die mehreren Betriebsmodi (BM) im Hinblick auf eine geeignete Regelgüte bei der Regelung (R) der geeigneten Wasseraktivität (a), - Einstellen einer geeigneten Regelgüte, insbesondere in Form von geeigneten Schwellenwerten (Δa), bei der Regelung (R) der geeigneten Wasseraktivität (a) in Abhängigkeit von einer zugeordneten Priorisierung für den aktuellen Betriebsmodus (BM).
  12. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) folgende Aktionen aufweist: - Bestimmen von verschiedenen Optimierungszielen (Opt) beim Betreiben des Brennstoffzellensystems, - Berücksichtigen von einem korrespondierenden Optimierungsziel (Opt) im Brennstoffzellensystem bei der Regelung (R) der geeigneten Wasseraktivität (a).
  13. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) mindestens eine der folgenden Aktionen aufweist: - Zuordnen von verschiedenen Priorisierungen für die mehreren Betriebsmodi (BM) im Hinblick auf ein geeignetes Optimierungsziel (Opt) beim Betreiben des Brennstoffzellensystems, - Berücksichtigen eines geeigneten Optimierungsziels (Opt) bei der Regelung (R) der geeigneten Wasseraktivität (a) in Abhängigkeit von einer zugeordneten Priorisierung für den aktuellen Betriebsmodus (BM).
  14. Steuereinheit (200), aufweisend eine Speichereinheit, in welcher ein Code hinterlegt ist, und eine Recheneinheit, wobei beim Ausführen des Codes durch die Recheneinheit, das Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführt wird.
  15. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogrammprodukts durch einen Computer den Computer veranlassen, das Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
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