DE102022210653A1 - Fuel cell system and operating method for starting a fuel cell system - Google Patents

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Michael Giuseppe Marino
Florian Weckenmann
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (100) zum Wandeln von Energie. Das Brennstoffzellensystem (100) umfasst einen Brennstoffzellenstapel (101), ein Kühlsystem (103) und eine Recheneinheit (105), wobei das Kühlsystem (103) dazu konfiguriert ist, einen Kühlmittelstrom durch den Brennstoffzellenstapel (101) zu leiten, um den Brennstoffzellenstapel (101) zu kühlen, wobei die Recheneinheit (105) dazu konfiguriert ist, das Kühlsystem (103) zu steuern, um den Kühlmittelstrom einzustellen, und wobei die Recheneinheit (105) dazu konfiguriert ist, bei einem Start des Brennstoffzellensystems (100) den Kühlmittelstrom gegenüber einem vorgegebenen Standardwert zu verringern, wenn ein von dem Brennstoffzellenstapel (100) bereitgestellter elektrischer Strom unter einem Referenzwert liegt.The invention presented relates to a fuel cell system (100) for converting energy. The fuel cell system (100) comprises a fuel cell stack (101), a cooling system (103) and a computing unit (105), wherein the cooling system (103) is configured to conduct a coolant flow through the fuel cell stack (101) in order to cool the fuel cell stack (101), wherein the computing unit (105) is configured to control the cooling system (103) in order to adjust the coolant flow, and wherein the computing unit (105) is configured to reduce the coolant flow compared to a predetermined standard value when the fuel cell system (100) is started if an electrical current provided by the fuel cell stack (100) is below a reference value.

Description

Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Betriebsverfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems gemäß den beigefügten Ansprüchen.The presented invention relates to a fuel cell system and an operating method for starting a fuel cell system according to the appended claims.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser um, wobei Elektrizität entsteht, die einem Verbraucher, wie bspw. einem Elektromotor, zugeführt werden kann, um diesen anzutreiben.Fuel cells convert hydrogen and oxygen into water, producing electricity that can be fed to a consumer, such as an electric motor, to power it.

Brennstoffzellensystem, insbesondere für mobile Anwendungen bspw. im Fahrzeugbereich, müssen aus eigener Leistung heraus bei einer Temperatur unter dem Gefrierpunkt von Wasser starten können, d. h. einen sogenannten Gefrierstart ausführen können.Fuel cell systems, especially for mobile applications such as in the vehicle sector, must be able to start on their own at a temperature below the freezing point of water, i.e. be able to perform a so-called freeze start.

Ein Gefrierstart ist anspruchsvoll für ein Brennstoffzellensystem, da es eine große Menge Wärmeenergie bereitstellen muss, bevor es durch Produktwasser einfriert.A freeze start is challenging for a fuel cell system because it must provide a large amount of heat energy before it freezes due to product water.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Im Rahmen der vorgestellten Erfindung werden ein Brennstoffzellensystem und ein Betriebsverfahren zum Betreiben des Brennstoffzellensystems vorgestellt. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.Within the scope of the invention presented, a fuel cell system and an operating method for operating the fuel cell system are presented. Further features and details of the invention emerge from the respective subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the operating method according to the invention naturally also apply in connection with the fuel cell system according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is always made to each other.

Die vorgestellte Erfindung dient insbesondere dazu, ein Brennstoffzellensystem bereitzustellen, das unabhängig von einer Außentemperatur zuverlässig startet. Insbesondere bei wenn das System bei negativen Temperaturen vorliegt, d. h. beim Gefrierstart.The invention presented serves in particular to provide a fuel cell system that starts reliably regardless of the outside temperature. In particular when the system is present at negative temperatures, i.e. when starting from freezing temperatures.

Es wird somit gemäß einem ersten Aspekt der vorgestellten Erfindung ein Brennstoffzellensystem zum Wandeln von Energie bereitgestellt.Thus, according to a first aspect of the invention presented, a fuel cell system for converting energy is provided.

Das vorgestellte Brennstoffzellensystem umfasst einen Brennstoffzellenstapel, ein Kühlsystem und eine Recheneinheit.The presented fuel cell system includes a fuel cell stack, a cooling system and a computing unit.

Das Kühlsystem ist dazu konfiguriert, einen Kühlmittelstrom durch den Brennstoffzellenstapel zu leiten, um den Brennstoffzellenstapel zu kühlen.The cooling system is configured to direct a coolant flow through the fuel cell stack to cool the fuel cell stack.

Die Recheneinheit ist dazu konfiguriert ist, das Kühlsystem zu steuern, um den Kühlmittelstrom einzustellen, und bei einem Start des Brennstoffzellensystems den Kühlmittelstrom gegenüber einem vorgegebenen Standardwert zu verringern, wenn ein von dem Brennstoffzellenstapel bereitgestellter elektrischer Strom unter einem Referenzwert liegt.The computing unit is configured to control the cooling system to adjust the coolant flow and, upon starting the fuel cell system, to reduce the coolant flow from a predetermined standard value if an electrical current provided by the fuel cell stack is below a reference value.

Unter einer Recheneinheit ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Computer, ein Steuergerät, ein Prozessor oder jeder weitere programmierbare Schaltkreis zu verstehen.In the context of the invention presented, a computing unit is understood to be a computer, a control unit, a processor or any other programmable circuit.

Das vorgestellte Brennstoffzellensystem basiert auf dem Prinzip, dass beim Start des Brennstoffzellensystems ein durch den Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems geleiteter Kühlmittelstrom in Abhängigkeit eines von dem Brennstoffzellenstapel bereitgestellten elektrischen Stroms eingestellt wird. The presented fuel cell system is based on the principle that when the fuel cell system is started, a coolant flow passed through the fuel cell stack of the fuel cell system is adjusted depending on an electrical current provided by the fuel cell stack.

Anhand des beim Start durch den Brennstoffzellenstapel bereitgestellten elektrischen Stroms wird auf einen inneren Zustand des Brennstoffzellenstapels geschlossen, da der beim Start bereitgestellte elektrische Strom sich in Abhängigkeit eines Zustands des Brennstoffzellenstapels, insbesondere in Abhängigkeit einer Temperatur des Brennstoffzellenstapels, eines Wasser- bzw. Eisgehalts des Brennstoffzellenstapels insbesondere basierend auf einer Abschaltsituation vor dem Start, wie bspw. einer Zeit zur Trocknung, einer Gasfeucht oder einer Brennstoffzellenstapeltemperatur ändert.Based on the electrical current provided by the fuel cell stack at start-up, an internal state of the fuel cell stack is deduced, since the electrical current provided at start-up changes depending on a state of the fuel cell stack, in particular depending on a temperature of the fuel cell stack, a water or ice content of the fuel cell stack, in particular based on a shutdown situation before start-up, such as a drying time, a gas humidity or a fuel cell stack temperature.

Durch eine Reduktion des Kühlmittelstroms, wenn der durch den Brennstoffzellenstapel bereitgestellte elektrische Strom aufgrund von Flutung bzw. Eisbildung einbricht bzw. unter einen Referenzwert sinkt, wird eine Erwärmung des Brennstoffzellensystems beschleunigt und Einfrieren des Brennstoffzellensystems durch im Betrieb erzeugtes Produktwasser verhindert bzw. bereits gefrorenes Wasser wieder geschmolzen und aus dem Brennstoffzellenstapel ausgetragen. Dabei kommt das vorgestellte Brennstoffzellensystem ohne einen Sensor zum Erfassen einer Außentemperatur aus, da der Kühlmittelstrom lediglich anhand des von dem Brennstoffzellenstapel bereitgestellten elektrischen Stroms eingestellt wird, der als Indikator für einen inneren Zustand des Brennstoffzellenstapels dient.By reducing the coolant flow when the electrical current provided by the fuel cell stack collapses or falls below a reference value due to flooding or ice formation, heating of the fuel cell system is accelerated and freezing of the fuel cell system by product water generated during operation is prevented, or water that has already frozen is melted again and discharged from the fuel cell stack. The fuel cell system presented here does not require a sensor to record an external temperature, since the coolant flow is only adjusted based on the electrical current provided by the fuel cell stack, which serves as an indicator of the internal state of the fuel cell stack.

Es kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, den Kühlmittelstrom gegenüber dem vorgegebenen Standardwert zu erhöhen, wenn ein von dem Brennstoffzellenstapel bereitgestellter elektrischer Strom über dem vorgegebenen Referenzwert liegt.It can be provided that the computing unit is configured to increase the coolant flow compared to the predetermined standard value when a supplied electrical current is above the specified reference value.

Um auf eine Erwärmung des Brennstoffzellenstapels durch bspw. hohe Umgebungstemperaturen oder eine Eigenerwärmung des Brennstoffzellensystems zu reagieren, kann der Kühlmittelstrom erhöht werden, sodass stets optimale Betriebsbedingungen beim Start des Brennstoffzellensystems vorliegen.In order to react to heating of the fuel cell stack due to, for example, high ambient temperatures or self-heating of the fuel cell system, the coolant flow can be increased so that optimal operating conditions are always present when starting the fuel cell system.

Selbstverständlich können sich Phasen, in den der Kühlmittelstrom verringert wird, mit Phasen, in denen der Kühlmittelstrom erhöht wird, abwechseln.Of course, phases in which the coolant flow is reduced can alternate with phases in which the coolant flow is increased.

Es kann vorgesehen sein, dass das Brennstoffzellensystem einen Stromsensor umfasst, der dazu konfiguriert ist, einen von dem Brennstoffzellenstapel bereitgestellten elektrischen Strom zu messen und entsprechende Messwerte an die Recheneinheit zu übertragen.It can be provided that the fuel cell system comprises a current sensor which is configured to measure an electrical current provided by the fuel cell stack and to transmit corresponding measured values to the computing unit.

Mittels eines Stromsensors zum Erfassen bzw. Messen von elektrischem Strom kann ein Zustand des Brennstoffzellenstapels einfach und schnell erfasst werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, einen von dem Brennstoffzellenstapel bereitgestellten elektrischen Strom mittels eines mathematischen Modells des Brennstoffzellensystems zu bestimmen.Using a current sensor to detect or measure electrical current, the status of the fuel cell stack can be detected quickly and easily.
It can further be provided that the computing unit is configured to determine an electrical current provided by the fuel cell stack by means of a mathematical model of the fuel cell system.

Unter Verwendung eines mathematischen Modells zum Bestimmen eines von dem Brennstoffzellenstapel bereitgestellten elektrischen Stroms kann auf einen physischen Stromsensor sowie eine entsprechende Schnittstelle zu dem Brennstoffzellenstapel verzichtet werden, sodass Leckagen des Brennstoffzellensystems minimiert werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, den Kühlmittelstrom abzustellen, wenn ein von dem Brennstoffzellenstapel bereitgestellter elektrischer Strom unter dem vorgegebenen Referenzwert liegt.By using a mathematical model to determine an electrical current provided by the fuel cell stack, a physical current sensor and a corresponding interface to the fuel cell stack can be dispensed with, thus minimizing leakages in the fuel cell system.
It can further be provided that the computing unit is configured to shut off the coolant flow if an electrical current provided by the fuel cell stack is below the predetermined reference value.

Durch ein komplettes Abstellen des Kühlmittelstroms, durch bspw. Deaktivieren einer Pumpe des Kühlsystems des vorgestellten Brennstoffzellensystems wird ein Austrag von Wärmeenergie aus dem Brennstoffzellensystem minimiert und eine Erwärmung des Brennstoffzellensystems maximiert.By completely shutting off the coolant flow, for example by deactivating a pump of the cooling system of the fuel cell system presented, the discharge of thermal energy from the fuel cell system is minimized and the heating of the fuel cell system is maximized.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, den Kühlmittelstrom proportional zu einem von dem Brennstoffzellenstapel bereitgestellten elektrischen Strom einzustellen.It can further be provided that the computing unit is configured to adjust the coolant flow proportionally to an electrical current provided by the fuel cell stack.

Durch eine direkt proportionale oder über einen vorgegebenen mathematischen Zusammenhang proportionale Einstellung des Kühlmittelstroms zu dem von dem Brennstoffzellenstapel bereitgestellten elektrischen Strom wird der Brennstoffzellenstapel in Abhängigkeit einer Änderung seines inneren Zustands dynamisch und entsprechend stets optimal temperiert.By adjusting the coolant flow to the electrical current provided by the fuel cell stack in a manner that is directly proportional or proportional via a predetermined mathematical relationship, the fuel cell stack is dynamically and therefore always optimally tempered depending on a change in its internal state.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, einen kontinuierlich strömenden Kühlmittelstrom einzustellen, dessen Strömungsgeschwindigkeit sich graduell in Abhängigkeit der Außentemperatur ändert.It can further be provided that the computing unit is configured to set a continuously flowing coolant flow whose flow velocity changes gradually depending on the outside temperature.

Durch einen kontinuierlich strömenden, sich jedoch dynamisch in seiner Strömungsgeschwindigkeit ändernden Kühlmittelstrom werden lokale Erwärmungen des Brennstoffzellenstapels verteilt, sodass sich das Brennstoffzellensystems gleichmäßig erwärmt.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Recheneinheit dazu konfiguriert ist, den Referenzwert anhand einer Temperatur des Brennstoffzellenstapels und/oder einer Temperatur einer Umgebung des Brennstoffzellensystems dynamisch zu bestimmen.A continuously flowing coolant stream, which dynamically changes in its flow velocity, distributes local heating of the fuel cell stack so that the fuel cell system heats up evenly.
It can further be provided that the computing unit is configured to dynamically determine the reference value based on a temperature of the fuel cell stack and/or a temperature of an environment of the fuel cell system.

Durch einen sich dynamisch ändernden Referenzwert kann der Kühlmittelstrom bspw. für verschiedene Betriebsphasen und/oder verschiedene Außentemperaturen optimiert werden.By using a dynamically changing reference value, the coolant flow can be optimized for different operating phases and/or different outside temperatures, for example.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Betriebsverfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems.According to a second aspect, the presented invention relates to an operating method for starting a fuel cell system.

Das vorgestellte Betriebsverfahren umfasst das Aktivieren eines Brennstoffzellenstapels des Brennstoffzellensystems, das Bestimmen eines durch den Brennstoffzellenstapel bereitgestellten elektrischen Stroms, das Abgleichen des bestimmten elektrischen Stroms mit einem Referenzwert und das Einstellen eines von einem Kühlsystem des Brennstoffzellensystems durch den Brennstoffzellenstapel geleiteten Kühlmittelstroms, indem der Kühlmittelstrom gegenüber einem vorgegebenen Standardwert reduziert wird, wenn der bestimmte elektrische Strom unter dem Referenzwert liegt.The presented operating method includes activating a fuel cell stack of the fuel cell system, determining an electrical current provided by the fuel cell stack, comparing the determined electrical current with a reference value and adjusting a coolant flow passed through the fuel cell stack by a cooling system of the fuel cell system by reducing the coolant flow from a predetermined standard value if the determined electrical current is below the reference value.

Es kann vorgesehen sein, dass beim Einstellen des Kühlmittelstroms der Kühlmittelstrom gegenüber dem Standardwert erhöht wird, wenn der bestimmte elektrische Strom über dem Referenzwert liegt.It may be provided that when adjusting the coolant flow, the coolant flow is increased from the standard value if the determined electrical current is above the reference value.

Durch ein Erhöhen des Kühlmittelstroms kann in dem Brennstoffzellensystem erzeugte Wärme gleichmäßig verteilt werden.By increasing the coolant flow, heat generated in the fuel cell system can be evenly distributed.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description can each be essential to the invention individually or in any combination.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Brennstoffzellensystems,
  • 2 eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Betriebsverfahrens,
  • 3 eine Detaildarstellung des Betriebsverfahrens gemäß 2.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a possible design of the presented fuel cell system,
  • 2 a possible design of the presented operating procedure,
  • 3 a detailed description of the operating procedure according to 2 .

In 1 ist ein Brennstoffzellensystem 100 dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 101, ein Kühlsystem 103 und eine Recheneinheit 105.In 1 A fuel cell system 100 is shown. The fuel cell system 100 comprises a fuel cell stack 101, a cooling system 103 and a computing unit 105.

Optional umfasst das Kühlsystem 103 eine Pumpe 107.Optionally, the cooling system 103 includes a pump 107.

Die Recheneinheit 105 ist mit dem Kühlsystem 103 kommunikativ verbunden, um das Kühlsystem 103 zu steuern bzw. einzustellen.The computing unit 105 is communicatively connected to the cooling system 103 in order to control or adjust the cooling system 103.

Optional ist die Recheneinheit 105 mit dem Brennstoffzellenstapel 101 kommunikativ verbunden, um bspw. durch einen Stromsensor des Brennstoffzellenstapels 101 ermittelte Messwerte eines durch den Brennstoffzellenstapel 101 bereitgestellten elektrischen Stroms zu bestimmen.Optionally, the computing unit 105 is communicatively connected to the fuel cell stack 101 in order to determine, for example, measured values of an electrical current provided by the fuel cell stack 101, determined by a current sensor of the fuel cell stack 101.

In Abhängigkeit eines durch die Recheneinheit 105 bestimmten und von dem Brennstoffzellenstapel 101 bereitgestellten elektrischen Stroms steuert die Recheneinheit 105 das Kühlsystem 103, sodass für den Fall, dass bei einem Start des Brennstoffzellensystems 100 ein von dem Brennstoffzellenstapel 101 bereitgestellter elektrischer Strom unter einem Referenzwert liegt, ein von dem Kühlsystem 103 durch den Brennstoffzellenstapel 101 geleiteter Kühlmittelstrom verringert wird.Depending on an electrical current determined by the computing unit 105 and provided by the fuel cell stack 101, the computing unit 105 controls the cooling system 103, so that in the event that an electrical current provided by the fuel cell stack 101 is below a reference value when the fuel cell system 100 is started, a coolant flow conducted by the cooling system 103 through the fuel cell stack 101 is reduced.

Optional kann die Recheneinheit 105 den Kühlmittelstrom erhöhen, wenn ein von dem Brennstoffzellenstapel 101 bereitgestellter elektrischer Strom über dem Referenzwert liegt.Optionally, the computing unit 105 may increase the coolant flow when an electrical current provided by the fuel cell stack 101 is above the reference value.

In 2 ist ein Betriebsverfahren 200 zum Starten des Brennstoffzellensystems 100 gemäß 1 dargestellt.In 2 is an operating method 200 for starting the fuel cell system 100 according to 1 shown.

Das Betriebsverfahren 200 umfasst einen Aktivierungsschritt 201, bei dem der Brennstoffzellenstapel 101 des Brennstoffzellensystems 100 aktiviert bzw. gestartet wird, einen Bestimmungsschritt 203, bei dem ein durch den Brennstoffzellenstapel 101 bereitgestellter elektrischer Strom bestimmt wird, einen Abgleichschritt 205,
bei dem der zuvor bestimmte elektrische Strom mit einem Referenzwert abgeglichen wird und einen Einstellschritt 207, bei dem ein von dem Kühlsystem 103 des Brennstoffzellensystems 100 durch den Brennstoffzellenstapel 101 geleiteter Kühlmittelstrom eingestellt wird, indem der Kühlmittelstrom gegenüber einem vorgegebenen Standardwert reduziert wird, wenn der bestimmte elektrische Strom unter dem Referenzwert liegt.The operating method 200 comprises an activation step 201 in which the fuel cell stack 101 of the fuel cell system 100 is activated or started, a determination step 203 in which an electrical current provided by the fuel cell stack 101 is determined, a calibration step 205,
in which the previously determined electric current is compared with a reference value and an adjustment step 207 in which a coolant flow passed from the cooling system 103 of the fuel cell system 100 through the fuel cell stack 101 is adjusted by reducing the coolant flow compared to a predetermined standard value if the determined electric current is below the reference value.

In 3 ist ein Diagramm 300 dargestellt, das sich auf seiner Abszisse über die Zeit und auf seiner Ordinate über einen elektrischen Strom, eine Pumpenleistung und eines Brennstoffzellenstapeltemperatur aufspannt.In 3 a diagram 300 is shown which spans on its abscissa over time and on its ordinate over an electric current, a pump power and a fuel cell stack temperature.

Ein erster Verlauf 301 zeigt eine Veränderung eines durch den Brennstoffzellenstapel 101 bereitgestellten elektrischen Stroms über die Zeit.A first curve 301 shows a change in an electrical current provided by the fuel cell stack 101 over time.

Ein zweiter Verlauf 303 zeigt eine Veränderung einer Brennstoffzellenstapeltemperatur über die Zeit.A second curve 303 shows a change in a fuel cell stack temperature over time.

Ein dritter Verlauf 305 zeigt eine Veränderung einer Pumpenleistung über die Zeit.A third curve 305 shows a change in pump performance over time.

Ferner ist in Diagramm 300 ein Referenzwert 307 in Form einer Strom-Regelungsgrenze eingezeichnet.Furthermore, a reference value 307 in the form of a current control limit is shown in diagram 300.

Der Referenzwert 307 ist spezifisch für den Brennstoffzellenstapel 101 und kann bspw. zwischen 14 und 350 Ampere, insbesondere bei 9 Ampere liegen.The reference value 307 is specific to the fuel cell stack 101 and can, for example, be between 14 and 350 amperes, in particular 9 amperes.

Beim Vergleich des ersten Verlaufs 301, des zweiten Verlaufs 303 und des dritten Verlaufs 305 wird ersichtlich, dass wenn der erste Verlauf 301 des elektrischen Stroms über den Referenzwert 307 steigt, der dritte Verlauf 307 der Pumpenleistung ebenso steigt bzw. das Kühlsystem 103 aktiviert wird. Entsprechend wird, wenn der erste Verlauf 301 des elektrischen Stroms unter den Referenzwert 307 fällt, die Pumpenleistung reduziert bzw. das Kühlsystem 103 deaktiviert, sodass sich ein besonders schnell ansteigender zweiter Verlauf 303 der Brennstoffzellenstapeltemperatur ergibt.When comparing the first curve 301, the second curve 303 and the third curve 305, it becomes apparent that when the first curve 301 of the electrical current rises above the reference value 307, the third curve 307 of the pump output also rises or the cooling system 103 is activated. Accordingly, when the first curve 301 of the electrical current falls below the reference value 307, the pump output is reduced or the cooling system 103 is deactivated, resulting in a particularly rapidly rising second curve 303 of the fuel cell stack temperature.

Claims (10)

Brennstoffzellensystem (100) zum Wandeln von Energie, wobei das Brennstoffzellensystem (100) umfasst: - einen Brennstoffzellenstapel (101), - ein Kühlsystem (103), - eine Recheneinheit (105), wobei das Kühlsystem (103) dazu konfiguriert ist, einen Kühlmittelstrom durch den Brennstoffzellenstapel (101) zu leiten, um den Brennstoffzellenstapel (101) zu kühlen, wobei die Recheneinheit (105) dazu konfiguriert ist, das Kühlsystem (103) zu steuern, um den Kühlmittelstrom einzustellen, und wobei die Recheneinheit (105) dazu konfiguriert ist, bei einem Start des Brennstoffzellensystems (100) den Kühlmittelstrom gegenüber einem vorgegebenen Standardwert zu verringern, wenn ein von dem Brennstoffzellenstapel (100) bereitgestellter elektrischer Strom unter einem Referenzwert liegt.Fuel cell system (100) for converting energy, the fuel cell system (100) comprising: - a fuel cell stack (101), - a cooling system (103), - a computing unit (105), wherein the cooling system (103) is configured to direct a coolant flow through the fuel cell stack (101) to cool the fuel cell stack (101), wherein the computing unit (105) is configured to control the cooling system (103) to adjust the coolant flow, and wherein the computing unit (105) is configured to reduce the coolant flow from a predetermined standard value when the fuel cell system (100) is started if an electrical current provided by the fuel cell stack (100) is below a reference value. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (105) dazu konfiguriert ist, den Kühlmittelstrom gegenüber dem vorgegebenen Standardwert zu erhöhen, wenn ein von dem Brennstoffzellenstapel (101) bereitgestellter elektrischer Strom über dem vorgegebenen Referenzwert liegt.Fuel cell system (100) according to Claim 1 , characterized in that the computing unit (105) is configured to increase the coolant flow compared to the predetermined standard value when an electrical current provided by the fuel cell stack (101) is above the predetermined reference value. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (100) einen Stromsensor umfasst, der dazu konfiguriert ist, einen von dem Brennstoffzellenstapel (100) bereitgestellten elektrischen Strom zu messen und entsprechende Messwerte an die Recheneinheit (105) zu übertragen.Fuel cell system (100) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the fuel cell system (100) comprises a current sensor which is configured to measure an electrical current provided by the fuel cell stack (100) and to transmit corresponding measured values to the computing unit (105). Brennstoffzellensystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (105) dazu konfiguriert ist, einen von dem Brennstoffzellenstapel (101) bereitgestellten elektrischen Strom mittels eines mathematischen Modells des Brennstoffzellensystems (100) zu bestimmen.Fuel cell system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the computing unit (105) is configured to determine an electrical current provided by the fuel cell stack (101) by means of a mathematical model of the fuel cell system (100). Brennstoffzellensystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (105) dazu konfiguriert ist, den Kühlmittelstrom abzustellen, wenn ein von dem Brennstoffzellenstapel (101) bereitgestellter elektrischer Strom unter dem vorgegebenen Referenzwert liegt.Fuel cell system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the computing unit (105) is configured to shut off the coolant flow when an electrical current provided by the fuel cell stack (101) is below the predetermined reference value. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (105) dazu konfiguriert ist, den Kühlmittelstrom proportional zu einem von dem Brennstoffzellenstapel (101) bereitgestellten elektrischen Strom einzustellen.Fuel cell system (100) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the computing unit (105) is configured to adjust the coolant flow proportionally to an electrical current provided by the fuel cell stack (101). Brennstoffzellensystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (105) dazu konfiguriert ist, einen kontinuierlich strömenden Kühlmittelstrom einzustellen, dessen Strömungsgeschwindigkeit sich graduell in Abhängigkeit der Außentemperatur ändert.Fuel cell system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the computing unit (105) is configured to set a continuously flowing coolant flow whose flow velocity changes gradually depending on the outside temperature. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (105) dazu konfiguriert ist, den Referenzwert anhand einer Temperatur des Brennstoffzellenstapels (101) und/oder einer Temperatur einer Umgebung des Brennstoffzellensystems (100) dynamisch zu bestimmen.Fuel cell system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the computing unit (105) is configured to dynamically determine the reference value based on a temperature of the fuel cell stack (101) and/or a temperature of an environment of the fuel cell system (100). Betriebsverfahren (200) zum Starten eines Brennstoffzellensystems (100), wobei das Betriebsverfahren (200) umfasst: - Aktivieren (201) eines Brennstoffzellenstapels (101) des Brennstoffzellensystems (100), - Bestimmen (203) eines durch den Brennstoffzellenstapel (101) bereitgestellten elektrischen Stroms, - Abgleichen (205) des bestimmten elektrischen Stroms mit einem Referenzwert, - Einstellen (207) eines von einem Kühlsystem (103) des Brennstoffzellensystems (100) durch den Brennstoffzellenstapel geleiteten Kühlmittelstroms, indem der Kühlmittelstrom gegenüber einem vorgegebenen Standardwert reduziert wird, wenn der bestimmte elektrische Strom unter dem Referenzwert liegt.Operating method (200) for starting a fuel cell system (100), the operating method (200) comprising: - activating (201) a fuel cell stack (101) of the fuel cell system (100), - determining (203) an electrical current provided by the fuel cell stack (101), - comparing (205) the determined electrical current with a reference value, - adjusting (207) a coolant flow passed through the fuel cell stack by a cooling system (103) of the fuel cell system (100) by reducing the coolant flow compared to a predetermined standard value if the determined electrical current is below the reference value. Betriebsverfahren (200) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einstellen des Kühlmittelstroms der Kühlmittelstrom gegenüber dem Standardwert erhöht wird, wenn der bestimmte elektrische Strom über dem Referenzwert liegt.Operating procedures (200) according to Claim 9 , characterized in that when adjusting the coolant flow, the coolant flow is increased compared to the standard value if the determined electric current is above the reference value.
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