DE102022209345A1 - Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zum Kontrollieren eines Heizstromes für ein Temperieren eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems - Google Patents

Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zum Kontrollieren eines Heizstromes für ein Temperieren eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems Download PDF

Info

Publication number
DE102022209345A1
DE102022209345A1 DE102022209345.3A DE102022209345A DE102022209345A1 DE 102022209345 A1 DE102022209345 A1 DE 102022209345A1 DE 102022209345 A DE102022209345 A DE 102022209345A DE 102022209345 A1 DE102022209345 A1 DE 102022209345A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
controllable switch
cell stack
converter unit
control
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
DE102022209345.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Klaus Beulich
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102022209345.3A priority Critical patent/DE102022209345A1/de
Priority to PCT/EP2023/074612 priority patent/WO2024052469A1/de
Publication of DE102022209345A1 publication Critical patent/DE102022209345A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • 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
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • 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
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04037—Electrical heating
    • 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
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04268—Heating of fuel cells during the start-up of the fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/12—Modifications for increasing the maximum permissible switched current
    • H03K17/122—Modifications for increasing the maximum permissible switched current in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0072—Low side switches, i.e. the lower potential [DC] or neutral wire [AC] being directly connected to the switch and not via the load

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Brennstoffzellensystem (100), wobei das Brennstoffzellensystem (100) einen Brennstoffzellenstapel (10) zum Erzeugen einer Ausgangsspannung sowie einen Aufwärtswandler (30) zum Erhöhen der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels (10) mit zumindest einer Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) aufweist, wobei die Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) eine Spule (33) und einen kontrollierbaren Schalter (34) für das Erhöhen der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels (10) umfasst, wobei der kontrollierbare Schalter (34) einen veränderbaren Widerstand, aufweist. Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem (100) eine Kontrollvorrichtung (50), wobei die Kontrollvorrichtung dazu ausgebildet ist, den kontrollierbaren Schalter (34) der zumindest einen Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) derart zu kontrollieren, dass der Widerstand des kontrollierbaren Schalters (34) der zumindest einen Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) zum Kontrollieren eines Heizstromes für ein Temperieren des Brennstoffzellenstapels (10) eingestellt wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Brennstoffzellenstapel, insbesondere im mobilen Einsatz, können Umgebungstemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes ausgesetzt sein. Um eine Schädigung des Brennstoffzellenstapels bei der Inbetriebnahme in diesem Temperaturbereich zu vermeiden, können die Brennstoffzellenstapel erwärmt werden.
  • Es ist bekannt, dem normalen Betrieb des Brennstoffzellensystems eine Aufheizphase voranzustellen, wobei in dieser Aufheizphase bspw. der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems nachteiligerweise verschlechtert wird, um eine Abwärmeproduktion eines Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems zu erhöhen. Diese Abwärme kann zur Aufheizung des Brennstoffzellenstapels verwendet werden.
  • Die DE 10 2012 218 584 A1 offenbart ferner zwischen den elektrischen Kontakten einer Brennstoffzellenanordnung einen zusätzlichen Lastwiderstand mit einem fixen Widerstandswert anzuordnen, wobei der zusätzliche Lastwiderstand mittels eines Schaltelementes zumindest während einer Aufheizphase der Brennstoffzellenanordnung als alleiniger oder zumindest im Wesentlichen alleiniger Verbraucher zuschaltbar ist. Nachteiligerweise ist der durch den Lastwiderstand fließende Strom vom fixen Widerstandswert des Lastwiderstands abhängig.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung zeigt ein Brennstoffzellensystem gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7.
  • Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den 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.
  • Gemäß einem ersten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein Brennstoffzellensystem, wobei das Brennstoffzellensystem einen Brennstoffzellenstapel zum Erzeugen einer Ausgangsspannung umfasst. Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem einen Aufwärtswandler zum Erhöhen oder zum Erhöhen und Stabilisieren der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels, wobei der Aufwärtswandler zumindest eine Wandlereinheit aufweist, wobei die zumindest eine Wandlereinheit wenigstens eine Spule und einen kontrollierbaren Schalter für das Erhöhen der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels umfasst, wobei der kontrollierbare Schalter einen veränderbaren Widerstand bzw. einen veränderbaren Widerstandswert, insbesondere einen zumindest abschnittsweise kontinuierlich veränderbaren Widerstand oder einen zumindest abschnittsweise im Wesentlichen kontinuierlichen veränderbaren Widerstand, aufweist bzw. ausbildet bzw. hat. Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem eine Kontrollvorrichtung, wobei die Kontrollvorrichtung dazu ausgebildet ist, wenigstens den kontrollierbaren Schalter der zumindest einen Wandlereinheit derart zu kontrollieren bzw. anzusteuern, dass der veränderbare Widerstand bzw. der veränderbare Widerstandswert des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit zum Kontrollieren eines Heizstromes, insbesondere unterhalb einer Mindesteingangsspannung des Aufwärtswandlers, für ein Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels eingestellt wird.
  • Der Brennstoffzellenstapel kann eine Vielzahl an miteinander verschalteten Brennstoffzellen zum Erzeugen der Ausgangsspannung aufweisen.
  • Das Brennstoffzellensystem kann bspw. in einem Fahrzeug, bspw. einem Brennstoffzellenfahrzeug verwendet werden.
  • Durch den Aufwärtswandler kann die von dem Brennstoffzellenstapel erzeugte Ausgangsspannung auf eine höhere Spannung gewandelt und/oder stabilisiert werden.
  • Insbesondere ist die Spule und der kontrollierbare Schalter der zumindest einen Wandlereinheit zwischen einem ersten elektrischen Kontakt, vorzugsweise Pluspol, des Brennstoffzellenstapels und einem zweiten elektrischen Kontakt, vorzugsweise Minuspol, des Brennstoffzellenstapels (elektrisch bzw. elektrotechnisch) angeordnet. Ferner kann die zumindest eine Wandlereinheit eine Freilaufdiode aufweisen.
  • Der Aufwärtswandler kann mehrere Wandlereinheiten mit jeweils zumindest einer Spule und einem kontrollierbaren Schalter für das Erhöhen der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels aufweisen. Mit anderen Worten kann der Aufwärtswandler mehrphasig ausgeführt sein. Somit kann der Aufwärtswandler einen guten Wirkungsgrad über einen weiten Leistungsbereich aufweisen und ein Filteraufwand kann besonders geringgehalten werden. Bei mehreren Wandlereinheiten kann der Heizstrom für das Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels auf die mehreren Wandlereinheiten aufgeteilt, vorzugsweise gleichmäßig aufgeteilt, werden. Details und/oder Merkmale und/oder Erläuterungen und/oder Ausführungen die zu der zumindest einen Wandlereinheit und/oder einer Wandlereinheit bzw. deren Komponenten genannt werden, können auch auf eine weitere Wandlereinheit bzw. die mehreren Wandlereinheiten übertragen werden, und umgekehrt. Als Komponenten können insbesondere die Spule und/oder der kontrollierbare Schalter verstanden werden. Insbesondere ist die zumindest eine Wandlereinheit und eine weitere Wandlereinheit bzw. sind die mehreren Wandlereinheiten gleich oder im Wesentlichen gleich ausgebildet. Somit kann der Aufwärtswandler besonders einfach und/oder kostengünstig sein.
  • Der Aufwärtswandler kann auch als DC/DC-Wandler verstanden werden.
  • Der Ausdruck „wobei der kontrollierbare Schalter einen veränderbaren Widerstand aufweist“ kann auch derart verstanden werden, dass der kontrollierbare Schalter einen Widerstand mit einem veränderbaren Widerstandswert aufweist.
  • Vorzugsweise weist der kontrollierbare Schalter der zumindest einen Wandlereinheit einen zumindest abschnittsweise kontinuierlich veränderbaren Widerstand oder einen zumindest abschnittsweise im Wesentlichen kontinuierlich veränderbaren Widerstand auf. Somit kann der veränderbare Widerstand des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit frei eingestellt werden und der Heizstrom für ein Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels besonders vorteilhaft kontrolliert werden. Der Bereich, in dem der kontrollierbare Schalter der zumindest einen Wandlereinheit einen zumindest abschnittsweise kontinuierlich veränderbaren Widerstand oder einen zumindest abschnittsweise im Wesentlichen kontinuierlich veränderbaren Widerstand aufweist, kann als Widerstandsveränderungsbereich des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit verstanden werden. Zusätzlich kann der kontrollierbare Schalter der zumindest einen Wandlereinheit einen Sperrbereich und/oder einen Durchgangsbereich aufweisen, wobei insbesondere der kontrollierbare Schalter in dem Sperrbereich ein Widerstandsmaximum und in dem Durchgangsbereich ein Widerstandsminimum aufweist. Insbesondere erfolgt das Erhöhen der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels mittels der zumindest einen Wandlereinheit durch ein (direktes) Hin- und Herschalten, insbesondere wiederholendes Hin- und Herschalten, des Widerstands des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit zwischen dem Sperrbereich (Widerstandsmaximum) und dem Durchgangsbereich (Widerstandsminimum) des kontrollierbaren Schalters. Der Widerstandsveränderungsbereich des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit liegt insbesondere (widerstandstechnisch) zwischen dem Sperrbereich und dem Durchgangsbereich des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit. Bspw. kann der kontrollierbare Schalter ein Transistor, insbesondere ein MOSFET-Transistor, oder ein Thyristor, insbesondere ein GTO-Transistor, mit einem Sperrbereich, und einem Sättigungsbereich als Durchgangsbereich sein, wobei der Transistor, insbesondere der MOSFET-Transistor oder ein Thyristor, insbesondere ein GTO-Transistor, in dem Linearbereich einen kontinuierlich veränderbaren Widerstand oder einen zumindest abschnittsweise im Wesentlichen kontinuierlich veränderbaren Widerstand aufweist bzw. hat.
  • Der veränderbare Widerstand des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit des Aufwärtswandlers kann als elektrischer Widerstand, insbesondere ohmscher Widerstand, verstanden werden.
  • Durch die Kontrollvorrichtung kann wenigstens der kontrollierbare Schalter der zumindest einen Wandlereinheit derart kontrolliert werden, dass der Widerstand des kontrollierbaren Schalters bzw. der Widerstandswert des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit einstellbar ist bzw. eingestellt werden kann. Somit kann der Heizstrom für das Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels eingestellt werden. Bspw. kann die Kontrollvorrichtung bei einem MOSFET-Transistor als kontrollierbaren Schalter eine Gate-Source-Spannung des MOSFET-Transistors kontrollieren, um den Widerstand des kontrollierbaren Schalters bzw. den Widerstandswert des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit einzustellen. Das Einstellen des Widerstands bzw. des Widerstandswerts des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit ist insbesondere als ein Verändern des Widerstands bzw. des Widerstandswerts des kontrollierbaren Schalters, bspw. zwischen zumindest einem ersten Widerstandswert und einem zweiten Widerstandswert und/oder innerhalb eines Widerstandsveränderungsbereiches des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Schaltereinheit, zu verstehen.
  • Durch die Kontrollvorrichtung kann bzw. können ferner neben dem kontrollierbaren Schalter der zumindest einen Wandlereinheit ein kontrollierbarer Schalter einer weiteren Wandlereinheit oder ein jeweiliger kontrollierbarer Schalter mehrerer weiterer Wandlereinheiten jeweils derart kontrolliert werden, dass der Widerstand des kontrollierbaren Schalters bzw. der Widerstandswert des kontrollierbaren Schalters der jeweiligen Wandlereinheit einstellbar ist bzw. eingestellt werden kann, vorzugsweise unabhängig voneinander einstellbar ist bzw. eingestellt, werden kann für ein Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels.
  • Insbesondere kann die Kontrollvorrichtung einen Mikrocontroller zumindest für das Kontrollieren des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit bzw. für das jeweilige Kontrollieren eines kontrollierbaren Schalters mehrere Wandlereinheiten des Aufwärtswandlers aufweisen. Somit kann eine Zusatzbeschaltung wegfallen. Ferner kann die Kontrollvorrichtung einen Heizstromverteiler aufweisen, wobei der Heizstromverteiler dazu ausgebildet ist, einen jeweils erforderlichen Soll-Heizstrom für mehrere Wandlereinheiten zu berechnen. Insbesondere kann der Heizstrom bzw. der Soll-Heizstrom unter Berücksichtigung eines Ladestroms für einen Ausgangskondensator des Brennstoffzellensystems bzw. des Aufwärtswandlers vorgegeben bzw. berechnet werden.
  • Dadurch, dass die Kontrollvorrichtung dazu ausgebildet ist, wenigstens den kontrollierbaren Schalter der zumindest einen Wandlereinheit derart zu kontrollieren bzw. insbesondere einen kontrollierbaren Schalter einer jeweiligen Wandlereinheit mehrerer Wandlereinheit jeweils derart zu kontrollieren, dass der veränderbare Widerstand des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit bzw. ein veränderbarer Widerstand des kontrollierbaren Schalters einer jeweiligen Wandlereinheit der mehreren Wandlereinheiten einstellbar ist bzw. eingestellt werden kann, ist ein zusätzlicher Schaltungsaufwand in Form eines separaten Schaltelementes und eines separaten Lastwiderstandes nicht erforderlich. Ferner kann ein Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels, insbesondere unterhalb einer Mindesteingangsspannung des Aufwärtswandlers, besonders vorteilhaft sein, da der Heizstrom frei einstellbar ist. Außerdem kann auch bei noch sehr kleinen Ausgangsspannungen des Brennstoffzellenstapels, bspw. bei einem Hochfahren des Brennstoffzellensystems, der Heizstrom eingestellt werden. Dadurch kann das Hochfahren des Brennstoffzellensystems besonders schädigungsarm und gleichzeitig zeitlich besonders kurzgehalten werden.
  • Ferner kann das Kontrollieren des kontrollierbaren Schalters durch die Kontrollvorrichtung als ein Steuern bzw. Ansteuern des kontrollierbaren Schalters durch die Kontrollvorrichtung verstanden werden.
  • Das Kontrollieren des Heizstromes kann ein Steuern und/oder ein Regeln des Heizstromes sein.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem die Kontrollvorrichtung dazu ausgebildet ist, den kontrollierbaren Schalter der zumindest einen Wandlereinheit zumindest zeitweise ungetaktet zu kontrollieren, um den Widerstand des kontrollierbaren Schalters für das Kontrollieren des Heizstromes zum Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels einzustellen. Somit kann das Kontrollieren des kontrollierbaren Schalters besonders einfach erfolgen. Mit dem Ausdruck „ungetaktet zu kontrollieren“ soll ausgedrückt werden, dass der Widerstand des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit zumindest zeitweise, bspw. zumindest für eine (1) Sekunde, nicht zwischen einem Sperrbereich und einem Durchgangsbereich des kontrollierbaren Schalters (direkt) hin- und hergeschaltet, insbesondere wiederholend hin- und hergeschaltet, wird. Insbesondere ist die Kontrollvorrichtung ferner dazu ausgebildet, den kontrollierbaren Schalter der zumindest einen Wandlereinheit wenigstens in einem ersten Spannungsbereich zumindest zeitweise ungetaktet zu kontrollieren. Der erste Spannungsbereich ist bspw. von 0 V(olt) bis zu einer Mindesteingangsspannung des Aufwärtswandlers.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem die Kontrollvorrichtung eine Regeleinheit aufweist, um den Heizstrom zum Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels durch das Kontrollieren des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit auf einen Soll-Heizstrom zu regeln. Somit kann das Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels besonders vorteilhaft erfolgen. Die Regeleinheit kann eine Strommesseinheit für ein Erfassen eines durch den kontrollierbaren Schalter der zumindest einen Wandlereinheit des Aufwärtswandlers fließenden Heizstromes bzw. eines Teil-Heizstromes aufweisen. Insbesondere kann die Strommesseinheit zumindest einen Messwiderstand und/oder einen Operationsverstärker für das Erfassen des durch den kontrollierbaren Schalter der zumindest einen Wandlereinheit des Aufwärtswandlers fließenden Heizstromes bzw. eines Teil-Heizstromes aufweisen. Somit kann die Strommesseinheit besonders einfach ausgestaltet sein. Ferner kann die Regeleinheit eine Stromregeleinheit zum Kontrollieren des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit bzw. des Widerstands des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit umfassen, wobei das Kontrollieren des kontrollierbaren Schalters insbesondere basierend auf dem erfassten Heizstrom bzw. Teil-Heizstrom und einem vorgebbaren bzw. vorgegebenen Soll-Heizstrom erfolgt. Insbesondere kann die Stromregeleinheit einen Operationsverstärker bzw. des Widerstands des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit umfassen. Somit kann die Stromregeleinheit besonders einfach ausgestaltet sein. Der Soll-Heizstrom kann bspw. von einem Betriebssystem vorgegeben werden bzw. sein.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem der kontrollierbare Schalter der zumindest einen Wandlereinheit mit dem veränderbaren Widerstand ein Transistor, insbesondere ein MOSFET-Transistor, oder ein Thyristor, insbesondere ein GTO-Thyristor, ist. Somit kann der kontrollierbare Schalter besonders einfach ausgestaltet sein.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem die Kontrollvorrichtung ferner dazu ausgebildet ist, zumindest zeitweise den kontrollierbaren Schalter der zumindest einen Wandlereinheit, insbesondere zwischen einem Durchgangszustand und einem Sperrzustand des kontrollierbaren Schalters, getaktet zu kontrollieren, um die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels zu erhöhen und/oder um den Heizstrom zum Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels zu kontrollieren. Somit kann das Brennstoffzellensystem besonders einfach ausgebildet sein. Mit dem Ausdruck „getaktet zu kontrollieren“ soll ausgedrückt werden, dass der Widerstand des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit zwischen einem Sperrbereich, insbesondere Maximalwiderstand, und einem Durchgangsbereich, insbesondere Minimalwiderstand, des kontrollierbaren Schalters (direkt) hin- und hergeschaltet, insbesondere wiederholend hin- und hergeschaltet, wird, um zumindest die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels (mit Hilfe der Spule der zumindest einen Wandlereinheit) zu erhöhen. Insbesondere ist die Kontrollvorrichtung ferner dazu ausgebildet ist, den kontrollierbaren Schalter der zumindest einen Wandlereinheit wenigstens in einem von einem ersten Spannungsbereich unterschiedlichen zweiten Spannungsbereich zumindest zeitweise getaktet zu kontrollieren. Der zweite Spannungsbereich ist bspw. von einer Mindesteingangsspannung des Aufwärtswandlers bis zu einer Spannungsobergrenze.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem der Aufwärtswandler zumindest eine weitere Wandlereinheit mit zumindest einer Spule und einem kontrollierbaren Schalter für das Erhöhen der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels umfasst, wobei die Kontrollvorrichtung dazu ausgebildet ist, den kontrollierbaren Schalter der zumindest einen Wandlereinheit und den kontrollierbaren Schalter der zumindest einen weiteren Wandlereinheit unabhängig voneinander, insbesondere für das Kontrollieren des Heizstromes zum Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels, zu kontrollieren. Mit der zumindest einen weiteren Wandlereinheit kann der Aufwärtswandler einen guten Wirkungsgrad über einen weiten Leistungsbereich aufweisen und ein Filteraufwand kann besonders geringgehalten werden. Vorteilhafterweise kann durch das unabhängige Kontrollieren des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit und des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen weiteren Wandlereinheit ein Überführen des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit von einem Dauerbetrieb in einen Taktbetrieb und das Überführen des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen weiteren Wandlereinheit von einem Dauerbetrieb in einen Taktbetrieb zeitlich verzögert erfolgen. Als Taktbetrieb eines kontrollierbaren Schalters einer Wandlereinheit des Aufwärtswandlers des Brennstoffzellenstapels ist insbesondere ein getakteter Betrieb des kontrollierbaren Schalters zu verstehen; bspw. kann der Widerstand des kontrollierbaren Schalters der Wandlereinheit zwischen einem Sperrbereich, insbesondere Maximalwiderstand, und einem Durchgangsbereich, insbesondere Minimalwiderstand, des kontrollierbaren Schalters mittels der Kontrollvorrichtung (direkt) hin- und hergeschaltet, insbesondere wiederholend hin- und hergeschaltet, wird, um zumindest die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels (mit Hilfe der Spule der zumindest einen Wandlereinheit) zu erhöhen. Als Dauerbetrieb eines kontrollierbaren Schalters einer Wandlereinheit des Aufwärtswandlers des Brennstoffzellenstapels ist insbesondere ein ungetakteter Betrieb des kontrollierbaren Schalters zu verstehen. Insbesondere befindet sich in dem Dauerbetrieb des kontrollierbaren Schalters der Wandlereinheit der Widerstand des kontrollierbaren Schalters in einem Widerstandsveränderungsbereich des kontrollierbaren Schalters. Der Dauerbetrieb kann auch als Linearbetrieb verstanden werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Kontrollieren eines Heizstromes für ein Temperieren zumindest eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystem, wobei das Brennstoffzellensystem erfindungsgemäß ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst als einen Schritt ein Aktivieren des Brennstoffzellenstapels zum Erzeugen einer Ausgangsspannung an dem Brennstoffzellenstapel. Ferner umfasst das Verfahren als einen Schritt ein Kontrollieren, insbesondere ungetaktetes Kontrollieren, des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit des Aufwärtswandlers des Brennstoffzellensystems derart, dass der Widerstand des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit zum Kontrollieren des Heizstromes für das Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels eingestellt wird.
  • Die zuvor und die im Nachfolgenden beschriebenen Verfahrensschritte können, sofern technisch sinnvoll, einzeln, zusammen, einfach, mehrfach, zeitlich parallel und/oder nacheinander in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden.
  • Insbesondere ist vor dem Aktivieren des Brennstoffzellenstapels der Brennstoffzellenstapel deaktiviert, d. h. es findet bspw. keine Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff statt. In dem deaktivierten Zustand wird insbesondere eine Ruhespannung als Ausgangsspannung an Klemmen des Brennstoffzellenstapels kurzgeschlossen. Das Kurzschließen kann bspw. mittels eines schaltbaren Entladewiderstandes oder dem kontrollierbaren Schalter der zumindest einen Wandlereinheit des Aufwärtswandlers erfolgen. Um die Ruhestromaufnahme zu reduzieren, kann es ausreichend sein lediglich einen kontrollierbaren Schalter anzusteuern.
  • Für das Aktivieren des Brennstoffzellenstapels wird insbesondere ein Reduktionsmittel und ein Oxidationsmittel dem Brennstoffzellenstapel zugeführt und ggf. ein Kurzschluss an den Klemmen des Brennstoffzellenstapels aufgehoben.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Kontrollvorrichtung eine Regeleinheit aufweist, wobei der Heizstrom zum Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels mittels der Regeleinheit durch das Kontrollieren des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit auf einen Soll-Heizstrom geregelt wird. Somit kann das Temperieren des Brennstoffzellenstapels besonders vorteilhaft erfolgen.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der kontrollierbare Schalter der zumindest einen Wandlereinheit durch die Kontrollvorrichtung zumindest zeitweise ungetaktet kontrolliert wird bzw. in einem Dauerbetrieb betrieben wird, um den Widerstand des kontrollierbaren Schalters für das Kontrollieren des Heizstromes zum Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels einzustellen, und wobei zeitlich nach dem ungetakteten Kontrollieren des kontrollierbaren Schalters zumindest zeitweise der kontrollierbare Schalter der zumindest einen Wandlereinheit durch die Kontrollvorrichtung derart getaktet kontrolliert wird bzw. in einem Taktbetrieb betrieben wird, dass zumindest die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels erhöht wird. Somit kann in einem ersten Spannungsbereich, bspw. von 0 V(olt) bis zu einer Mindesteingangsspannung des Aufwärtswandlers, der kontrollierbare Schalter der zumindest einen Wandlereinheit für eine Temperierphase, insbesondere Aufheizphase, des Brennstoffzellensystems genutzt werden. Ferner kann in einem zweiten Spannungsbereich, bspw. von der Mindesteingangsspannung des Aufwärtswandlers bis zu einer Spannungsobergrenze, der kontrollierbare Schalter der zumindest einen Wandlereinheit für das Erhöhen und/oder Stabilisieren der Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers genutzt werden. Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der kontrollierbare Schalter der zumindest einen Wandlereinheit durch die Kontrollvorrichtung getaktet kontrolliert wird, wenn die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels einen bestimmten Spannungs-Schwellenwert überschreitet und/oder der Brennstoffzellenstapel einen bestimmten Temperatur-Schwellenwert überschreitet. Bspw. kann der bestimmte Spannungs-Schwellwert eine Mindesteingangsspannung des Aufwärtswandlers sein. Die Mindesteingangsspannung des Aufwärtswandlers ist insbesondere eine Spannung, ab welcher der Aufwärtswandler mit der Funktion des Erhöhens der Spannung beginnen kann, insbesondere aus Regelungsgründen beginnen kann.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Brennstoffzellensystem zumindest eine weitere Wandlereinheit mit zumindest einer Spule und einem kontrollierbaren Schalter für das Erhöhen der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels umfasst, wobei der jeweilige kontrollierbare Schalter der zumindest beiden Wandlereinheiten des Aufwärtswandlers des Brennstoffzellensystems derart kontrolliert, insbesondere unabhängig voneinander kontrolliert, wird, dass der Widerstand des kontrollierbaren Schalters der jeweiligen Wandlereinheit zum Kontrollieren des Heizstromes für das Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels eingestellt wird. Durch die weitere Wandlereinheit mit dem kontrollierbaren Schalter kann der Heizstrom aufgeteilt werden und bspw. ab einer Ausgangsspannung des Brennstoffzellensystems einer der beiden kontrollierbaren Schalter für das Erhöhen der Ausgangsspannung genutzt werden, während der kontrollierbare Schalter der weiteren Wandlereinheit noch für das Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels genutzt wird. Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der kontrollierbare Schalter der zumindest einen Wandlereinheit von einem Dauerbetrieb bzw. Linearbetrieb in einen Taktbetrieb überführt wird und zeitlich verzögert der kontrollierbare Schalter der zumindest einen weiteren Wandlereinheit von dem Dauerbetrieb bzw. Linearbetrieb in den Taktbetrieb überführt wird. Somit wird vorteilhafterweise ein kontrollierbarer Schalter nach dem anderen kontrollierbaren Schalter von dem Dauerbetrieb bzw. Linearbetrieb in den Taktbetrieb überführt und Störungen durch ein gleichzeitiges Überführen mehrerer kontrollierbarer Schalter können verbessert verhindert werden. Das (jeweilige) Überführen von dem Dauerbetrieb in den Taktbetrieb kann insbesondere ein derartiges Überführen sein, dass der kontrollierbare Schalter mit einer sich langsam steigenden Tastverhältnis getaktet kontrolliert bzw. betrieben wird (sogenannter Soft-Start).
  • Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der Widerstand des kontrollierbaren Schalters der zumindest einen Wandlereinheit zum Kontrollieren des Heizstromes für das Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels in Abhängigkeit einer Spannung, insbesondere einer Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels und/oder einer Mindesteingangsspannung des Aufwärtswandlers, und/oder einer Temperatur, insbesondere einer Temperatur des Brennstoffzellenstapels, und/oder einer Anodengasmenge und/oder einer Kathodengasmenge und/oder einer Alterung des Brennstoffzellensystems eingestellt wird. Somit kann das Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels besonders vorteilhaft sein.
  • Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu dem Brennstoffzellensystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
  • Es zeigen schematisch:
    • 1 Schaltbild eines Brennstoffzellensystems, und
    • 2 ein Verfahren, und
    • 3 ein Verfahren.
  • In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen identische Bezugszeichen verwendet.
  • 1 offenbart ein Schaltbild eines Brennstoffzellensystems 100. Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 10 zum Erzeugen einer Ausgangsspannung. Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem 100 einen Aufwärtswandler 30 zum Erhöhen der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10, wobei der Aufwärtswandler 30 zumindest eine Wandlereinheit 31a aufweist, wobei die zumindest eine Wandlereinheit 31a wenigstens eine Spule 33 und einen kontrollierbaren Schalter 34 für das Erhöhen der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 umfasst, wobei der kontrollierbare Schalter 34 einen veränderbaren Widerstand, insbesondere einen zumindest abschnittsweise kontinuierlich veränderbaren Widerstand oder einen zumindest abschnittsweise im Wesentlichen kontinuierlich veränderbaren Widerstand, aufweist. Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem 100 eine Kontrollvorrichtung 50, wobei die Kontrollvorrichtung dazu ausgebildet ist, wenigstens den kontrollierbaren Schalter 34 der zumindest einen Wandlereinheit 31a derart zu kontrollieren, dass der veränderbare Widerstand des kontrollierbaren Schalters 34 der zumindest einen Wandlereinheit 31a zum Kontrollieren eines Heizstromes für ein Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels 10 eingestellt wird. Vorteilhafterweise umfasst der in 1 dargestellte Aufwärtswandler 30 optional, d. h. zusätzlich, drei weitere Wandlereinheiten 31b, 31c und 31d mit jeweils einer Spule 33 und jeweils einem kontrollierbaren Schalter 34. Jede der Wandlereinheiten 31a, 31b, 31c, 31d weist ferner zusätzlich eine Freilaufdiode auf. Die kontrollierbaren Schalter 34 der vier Wandlereinheiten 31a, 31b, 31c, 31d können jeweils ein Transistor mit einem Sperrbereich, einem Linearbereich als Widerstandsveränderungsbereich und einem Sättigungsbereich als Durchgangsbereich sein. Ferner ist denkbar, dass der kontrollierbare Schalter 34 der zumindest einen Wandlereinheit 31a und die kontrollierbaren Schalter 34 der weiteren Wandlereinheiten 31b, 31c, 31d unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Somit können die kontrollierbaren Schalter 34 nacheinander in einen getakteten Betrieb zum Erhöhen der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 mit Hilfe der jeweiligen Spule 33 überführt werden.
  • Vorteilhafterweise ist bei dem in 1 dargestellten Brennstoffzellensystem 100 optional, d. h. zusätzlich, die Kontrollvorrichtung 50 dazu ausgebildet, den kontrollierbaren Schalter 34 der zumindest einen Wandlereinheit 31a, 31b, 31c, 31d zumindest zeitweise ungetaktet zu kontrollieren, um den Widerstand des kontrollierbaren Schalters 34 für das Kontrollieren des Heizstromes zum Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels 10 einzustellen, bspw. in einer Aufheizphase des Brennstoffzellensystems 100.
  • Vorteilhafterweise umfasst die in 1 dargestellte Kontrollvorrichtung 50 optional, d. h. zusätzlich, eine Regeleinheit 51, um den Heizstrom zum Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels 10 durch das Kontrollieren des kontrollierbaren Schalters 34 der zumindest einen Wandlereinheit 31a, 31b, 31c, 31d auf einen Soll-Heizstrom zu regeln. Die Regeleinheit 51 kann eine Strommesseinheit 52 für ein Erfassen eines durch den kontrollierbaren Schalter 34 der zumindest einen Wandlereinheit 31a des Aufwärtswandlers 30 fließenden Heizstromes bzw. eines Teil-Heizstromes aufweisen. Insbesondere kann die Strommesseinheit 52 zumindest einen Messwiderstand 54 und/oder einen Operationsverstärker für das Erfassen des durch den kontrollierbaren Schalter der zumindest einen Wandlereinheit des Aufwärtswandlers fließenden Heizstromes bzw. eines Teil-Heizstromes aufweisen. Ferner kann die Regeleinheit 51 eine Stromregeleinheit 53 zum Kontrollieren des kontrollierbaren Schalters 34 der zumindest einen Wandlereinheit 31a bzw. des Widerstands des kontrollierbaren Schalters 34 der zumindest einen Wandlereinheit 31a umfassen.
  • Vorteilhafterweise ist bei dem in 1 dargestellten Brennstoffzellensystem 100 optional, d. h. zusätzlich, die Kontrollvorrichtung 50 ferner dazu ausgebildet, zumindest zeitweise den kontrollierbaren Schalter 34 der zumindest einen Wandlereinheit 31a, 31b, 31c, 31d, insbesondere zwischen einem Durchgangszustand und einem Sperrzustand des kontrollierbaren Schalters 34, getaktet zu kontrollieren, um die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 zu erhöhen und/oder um den Heizstrom zum Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels 10 zu kontrollieren. Somit kann die Kontrollvorrichtung 50 sowohl für ein ungetaktetes Kontrollieren als auch das getaktete Kontrollieren wenigstens des kontrollierbaren Schalters 34 der zumindest einen Wandlereinheit 31a und zusätzlich der kontrollierbaren Schalter 34 der weiteren Wandlereinheiten 31b, 31c, 31d sein.
  • 2 offenbart ein Verfahren zum Kontrollieren eines Heizstromes für ein Temperieren zumindest eines Brennstoffzellenstapels 10 eines Brennstoffzellensystems 100, wie es bspw. zu 1 beschrieben ist. Vorteilhafterweise ist das Brennstoffzellensystem 100 erfindungsgemäß ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst als einen ersten Schritt ein Aktivieren 320 des Brennstoffzellenstapels 10 zum Erzeugen einer Ausgangsspannung an dem Brennstoffzellenstapel 10. Ferner umfasst das Verfahren als einen weiteren Schritt ein Kontrollieren 340, insbesondere ein zumindest zeitweise ungetaktetes Kontrollieren 340, des kontrollierbaren Schalters 34 der zumindest einen Wandlereinheit 31a, 31b, 31c, 31d des Aufwärtswandlers 30 des Brennstoffzellensystems 100 derart, dass der Widerstand des kontrollierbaren Schalters 34 der zumindest einen Wandlereinheit 31a, 31b, 31c, 31d zum Kontrollieren, insbesondere zum Regeln, des Heizstromes für das Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels 10 eingestellt wird. Ferner ist denkbar, dass der Widerstand des kontrollierbaren Schalters 34 der zumindest einen Wandlereinheit 31a, 31b, 31c, 31d zum Kontrollieren des Heizstromes für das Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels 10 in Abhängigkeit einer Spannung und/oder einer Temperatur und/oder einer Anodengasmenge und/oder einer Kathodengasmenge und/oder einer Alterung des Brennstoffzellensystems 100 eingestellt wird. Ferner kann bei mehreren Wandlereinheiten 31a, 31b, 31d, 31d (siehe bspw. 1) der jeweilige kontrollierbare Schalter 34 der mehreren Wandlereinheiten 31a, 31b, 31c, 31d des Aufwärtswandlers 30 des Brennstoffzellensystems 100 unabhängig voneinander kontrolliert werden. Weiter ist bei mehreren Wandlereinheiten 31a, 31b, 31c, 31d denkbar, dass zuerst der kontrollierbare Schalter 34 der zumindest einen Wandlereinheit 31a von einem Dauerbetrieb in einen Taktbetrieb überführt wird und zeitlich verzögert die weiteren kontrollierbaren Schalter 34 der weiteren Wandlereinheiten 31b, 31c, 31d nacheinander von dem Dauerbetrieb in den Taktbetrieb überführt werden.
  • 3 offenbart ein Verfahren zum Kontrollieren eines Heizstromes für ein Temperieren zumindest eines Brennstoffzellenstapels 10 eines Brennstoffzellensystems 100, wie es insbesondere bereits zu 2 beschrieben ist. Insbesondere ist das Brennstoffzellensystem 100 ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem 100. Als einen Schritt umfasst das Verfahren ein Aktivieren 320 des Brennstoffzellenstapels 10 zum Erzeugen einer Ausgangsspannung an dem Brennstoffzellenstapel 10. Ferner wird in einem weiteren Schritt des Verfahrens der kontrollierbare Schalter 34 der zumindest einen Wandlereinheit 31a, 31b, 31c, 31d durch die Kontrollvorrichtung 50 zumindest zeitweise ungetaktet kontrolliert 341, um den Widerstand des kontrollierbaren Schalters 34 für das Kontrollieren des Heizstromes zum Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels 10 einzustellen. In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird zeitlich nach dem ungetakteten Kontrollieren 341 des kontrollierbaren Schalters 34 zumindest zeitweise der kontrollierbare Schalter 34 der zumindest einen Wandlereinheit 31a, 31b, 31c, 31d durch die Kontrollvorrichtung 50 derart getaktet kontrolliert 342, dass zumindest die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels 10 erhöht wird.
  • 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 102012218584 A1 [0003]

Claims (13)

  1. Brennstoffzellensystem (100), wobei das Brennstoffzellensystem (100) umfasst: - einen Brennstoffzellenstapel (10) zum Erzeugen einer Ausgangsspannung, - einen Aufwärtswandler (30) zum Erhöhen der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels (10), wobei der Aufwärtswandler (30) zumindest eine Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) aufweist, wobei die zumindest eine Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) wenigstens eine Spule (33) und einen kontrollierbaren Schalter (34) für das Erhöhen der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels (10) umfasst, wobei der kontrollierbare Schalter (34) einen veränderbaren Widerstand, insbesondere einen zumindest abschnittsweise kontinuierlich veränderbaren Widerstand oder einen zumindest abschnittsweise im Wesentlichen kontinuierlich veränderbaren Widerstand, aufweist, - eine Kontrollvorrichtung (50), wobei die Kontrollvorrichtung dazu ausgebildet ist, wenigstens den kontrollierbaren Schalter (34) der zumindest einen Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) derart zu kontrollieren, dass der veränderbare Widerstand des kontrollierbaren Schalters (34) der zumindest einen Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) zum Kontrollieren eines Heizstromes für ein Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels (10) eingestellt wird.
  2. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollvorrichtung (50) dazu ausgebildet ist, den kontrollierbaren Schalter (34) der zumindest einen Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) zumindest zeitweise ungetaktet zu kontrollieren, um den Widerstand des kontrollierbaren Schalters (34) für das Kontrollieren des Heizstromes zum Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels (10) einzustellen.
  3. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollvorrichtung (50) eine Regeleinheit (51) aufweist, um den Heizstrom zum Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels (10) durch das Kontrollieren des kontrollierbaren Schalters (34) der zumindest einen Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) auf einen Soll-Heizstrom zu regeln.
  4. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kontrollierbare Schalter (34) der zumindest einen Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) mit dem veränderbaren Widerstand ein Transistor, insbesondere ein MOSFET-Transistor, oder ein Thyristor, insbesondere ein GTO-Thyristor, ist.
  5. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollvorrichtung (50) ferner dazu ausgebildet ist, zumindest zeitweise den kontrollierbaren Schalter (34) der zumindest einen Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d), insbesondere zwischen einem Durchgangszustand und einem Sperrzustand des kontrollierbaren Schalters (34), getaktet zu kontrollieren, um die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels (10) zu erhöhen und/oder um den Heizstrom zum Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels (10) zu kontrollieren.
  6. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufwärtswandler (30) zumindest eine weitere Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) mit zumindest einer Spule (33) und einem kontrollierbaren Schalter (34) für das Erhöhen der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels (10) umfasst, wobei die Kontrollvorrichtung (50) dazu ausgebildet ist, den kontrollierbaren Schalter (34) der zumindest einen Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) und den kontrollierbaren Schalter (34) der zumindest einen weiteren Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) unabhängig voneinander, insbesondere für das Kontrollieren des Heizstromes zum Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels (10), zu kontrollieren.
  7. Verfahren zum Kontrollieren eines Heizstromes für ein Temperieren zumindest eines Brennstoffzellenstapels (10) eines Brennstoffzellensystems (100), wobei das Brennstoffzellensystem (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgebildet ist, wobei das Verfahren umfasst: - Aktivieren (320) des Brennstoffzellenstapels (10) zum Erzeugen einer Ausgangsspannung an dem Brennstoffzellenstapel (10), - Kontrollieren (340), insbesondere ungetaktetes Kontrollieren, des kontrollierbaren Schalters (34) der zumindest einen Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) des Aufwärtswandlers (30) des Brennstoffzellensystems (100) derart, dass der Widerstand des kontrollierbaren Schalters (34) der zumindest einen Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) zum Kontrollieren des Heizstromes für das Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels (10) eingestellt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollvorrichtung (50) eine Regeleinheit (51) aufweist, wobei der Heizstrom zum Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels (10) mittels der Regeleinheit (51) durch das Kontrollieren (340) des kontrollierbaren Schalters (34) der zumindest einen Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) auf einen Soll-Heizstrom geregelt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der kontrollierbare Schalter (34) der zumindest einen Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) durch die Kontrollvorrichtung (50) zumindest zeitweise ungetaktet kontrolliert wird (341), um den Widerstand des kontrollierbaren Schalters (34) für das Kontrollieren des Heizstromes zum Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels (10) einzustellen, und wobei zeitlich nach dem ungetakteten Kontrollieren (341) des kontrollierbaren Schalters (34) zumindest zeitweise der kontrollierbare Schalter (34) der zumindest einen Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) durch die Kontrollvorrichtung (50) derart getaktet kontrolliert wird (342), dass zumindest die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels (10) erhöht wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der kontrollierbare Schalter (34) der zumindest einen Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) durch die Kontrollvorrichtung (50) getaktet kontrolliert wird (342), wenn die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels (10) einen bestimmten Spannungs-Schwellenwert überschreitet und/oder der Brennstoffzellenstapel einen bestimmten Temperatur-Schwellenwert überschreitet.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (10) zumindest eine weitere Wandlereinheit (31a, 32a, 33a, 34a) mit zumindest einer Spule (33) und einem kontrollierbaren Schalter (34) für das Erhöhen der Ausgangsspannung des Brennstoffzellenstapels (10) umfasst, wobei der jeweilige kontrollierbare Schalter (34) der zumindest beiden Wandlereinheiten (31a, 31b, 31c, 31d) des Aufwärtswandlers (30) des Brennstoffzellensystems (100) derart kontrolliert, insbesondere unabhängig voneinander kontrolliert, wird (340), dass der Widerstand des kontrollierbaren Schalters (34) der jeweiligen Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) zum Kontrollieren des Heizstromes für das Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels (10) eingestellt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der kontrollierbare Schalter (34) der zumindest einen Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) von einem Dauerbetrieb in einen Taktbetrieb überführt wird und zeitlich verzögert der kontrollierbare Schalter (34) der zumindest einen weiteren Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) von dem Dauerbetrieb in den Taktbetrieb überführt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand des kontrollierbaren Schalters (34) der zumindest einen Wandlereinheit (31a, 31b, 31c, 31d) zum Kontrollieren des Heizstromes für das Temperieren zumindest des Brennstoffzellenstapels (10) in Abhängigkeit einer Spannung und/oder einer Temperatur und/oder einer Anodengasmenge und/oder einer Kathodengasmenge und/oder einer Alterung des Brennstoffzellensystems eingestellt wird.
DE102022209345.3A 2022-09-08 2022-09-08 Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zum Kontrollieren eines Heizstromes für ein Temperieren eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems Pending DE102022209345A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022209345.3A DE102022209345A1 (de) 2022-09-08 2022-09-08 Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zum Kontrollieren eines Heizstromes für ein Temperieren eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems
PCT/EP2023/074612 WO2024052469A1 (de) 2022-09-08 2023-09-07 Brennstoffzellensystem sowie verfahren zum kontrollieren eines heizstromes für ein temperieren eines brennstoffzellenstapels eines brennstoffzellensystems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022209345.3A DE102022209345A1 (de) 2022-09-08 2022-09-08 Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zum Kontrollieren eines Heizstromes für ein Temperieren eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022209345A1 true DE102022209345A1 (de) 2024-03-14

Family

ID=88093060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022209345.3A Pending DE102022209345A1 (de) 2022-09-08 2022-09-08 Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zum Kontrollieren eines Heizstromes für ein Temperieren eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022209345A1 (de)
WO (1) WO2024052469A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012218584A1 (de) 2012-10-12 2014-04-17 Robert Bosch Gmbh Kaltstartprozedur für einen Brennstoffzellenstack
DE102015109502A1 (de) 2014-06-20 2015-12-24 Ford Global Technologies, Llc Vorrichtung und Verfahren zum Erwärmen eines Brennstoffzellenstapels

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006340442A (ja) * 2005-05-31 2006-12-14 Mitsumi Electric Co Ltd マルチフェーズｄｃ／ｄｃコンバータおよびその制御方法
US20060280977A1 (en) * 2005-06-09 2006-12-14 Denso Corporation Fuel cell system
CN103650310B (zh) * 2011-07-05 2017-03-08 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
US10115979B2 (en) * 2013-03-15 2018-10-30 Ford Global Technologies, Llc Apparatus and method for heating a fuel cell stack
JP6518603B2 (ja) * 2016-02-24 2019-05-22 本田技研工業株式会社 電源装置、機器及び制御方法
JP6900909B2 (ja) * 2018-01-10 2021-07-07 トヨタ自動車株式会社 多相コンバータシステム
WO2021135095A1 (zh) * 2019-12-31 2021-07-08 清华大学 一种电源系统及其阻抗测量和冷启动方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012218584A1 (de) 2012-10-12 2014-04-17 Robert Bosch Gmbh Kaltstartprozedur für einen Brennstoffzellenstack
DE102015109502A1 (de) 2014-06-20 2015-12-24 Ford Global Technologies, Llc Vorrichtung und Verfahren zum Erwärmen eines Brennstoffzellenstapels

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024052469A1 (de) 2024-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102018206918B3 (de) Hybrid-Abwärts-Aufwärts-Wandler
DE102013002266B4 (de) Bootstrap-Schaltungsanordnung für einen IGBT
DE102019002209A1 (de) Effiziente buck-boost-ladepumpe und verfahren dafür
DE102018206561A1 (de) Leistungsumsetzer mit verbesserter Antwort auf transiente Lasten
DE112017000391T5 (de) Abtastloser Abwärtsstromregler mit Strommittelwert-Schaltsteuerung
DE102016101058A1 (de) Auf Rückkopplungs-Spannungsregler basierende Vorspannungs- und Treiberschaltung für eine elektrische Last
DE102011086829A1 (de) Bordnetz und Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzes
DE102012205395A1 (de) Batteriesystem, Verfahren zum Laden von Batteriemodulen, sowie Verfahren zum Balancieren von Batteriemodulen
DE102012218584A1 (de) Kaltstartprozedur für einen Brennstoffzellenstack
DE102012218157A1 (de) Magnetventil-ansteuereinheit für eine kraftstoffeinspritz-steuereinheit
DE112017005404T5 (de) DC-DC Wandler
DE102010041018A1 (de) Vorrichtung zum Ansteuern eines Schützes
DE102015219307B4 (de) Schaltleistungswandler mit einer Strombegrenzungsschaltung
DE102018125272A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators, Stromrichter und Fahrzeug
DE102013008829A1 (de) Kraftfahrzeug
DE102018213130A1 (de) Elektrisches Bordnetz und Kraftfahrzeug mit einem solchen Bordnetz
DE102019001138A1 (de) Verfahren zum Aufladen einer Batterie eines Bordnetzes und Bordlader hierzu
DE102010052808A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit einem Quasi-Z-Source-Umrichter
DE102022209345A1 (de) Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zum Kontrollieren eines Heizstromes für ein Temperieren eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems
DE19614816C1 (de) Elektronisches Schaltnetzteil und dessen Verwendung
DE102019213076A1 (de) Regelvorrichtung für einen Gleichspannungskonverter, Gleichspannungskonverter und Verfahren zur Regelung eines Gleichspannungskonverters
CH715078A2 (de) Elektronische Schaltung zum Durchführen eines Ladezustandsausgleichs zwischen Batteriezellen eines Batteriesystems.
DE102017211186A1 (de) Schaltkreis mit variabler Ausgabe und einer Wandlersteuerung mit demselben Schaltkreis
DE102017213017A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Bordnetzes mit mehreren Bordnetzzweigen und Fahrzeugbordnetz
DE102020124387A1 (de) Leistungselektronische Einrichtung, Verfahren zu deren Betrieb und Kraftfahrzeug

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified