EP4179589A1 - Method for operating a fuel cell system - Google Patents

Method for operating a fuel cell system

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Publication number
EP4179589A1
EP4179589A1 EP21735580.9A EP21735580A EP4179589A1 EP 4179589 A1 EP4179589 A1 EP 4179589A1 EP 21735580 A EP21735580 A EP 21735580A EP 4179589 A1 EP4179589 A1 EP 4179589A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel cell
cell system
digital twin
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
EP21735580.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sebastian Egger
Sebastian Schmaderer
Ingo Kerkamm
Maxime Carre
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
Publication of EP4179589A1 publication Critical patent/EP4179589A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04305—Modeling, demonstration models of fuel cells, e.g. for training purposes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
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    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention is based on a method for operating a fuel cell system, the fuel cell system being controlled as a function of a system-specific digital twin that maps the fuel cell system.
  • the digital twin controls the fuel cell system in at least two different active operating states of the fuel cell system.
  • the fuel cell system comprises at least one fuel cell unit for converting a fuel and/or for electrolyzing an electrolytic substance, in particular water.
  • the fuel cell unit comprises at least one fuel cell, preferably a solid oxide fuel cell (SOFC) and/or a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC).
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • PEMFC proton exchange membrane fuel cell
  • the fuel cell unit optionally comprises a plurality of fuel cells which are arranged, for example, in a stack or in a combination of stacks.
  • the fuel cell system comprises at least one supply unit for handling operating fluids of the fuel cell lensystems, in particular for supplying the fuel cell unit with the operating fluids and/or for forwarding operating fluids exiting from the fuel cell unit.
  • Operating fluids include, for example, the fuel, an oxygen-containing fluid, in particular ambient air, the electrolysis substance, a reaction product, in particular water and/or carbon dioxide, an electrolysis product, in particular hydrogen, and/or a reforming additive, in particular steam.
  • the fuel cell system preferably includes an electronics unit for tapping an electrical cell voltage and/or an electrical cell current from the fuel cell unit and/or for supplying the fuel cell unit with an electrical cell voltage and/or an electrical cell current.
  • the fuel cell system preferably comprises at least one sensor unit for detecting operating parameters of the fuel cell system.
  • Examples of operating parameters monitored by the sensor unit include a temperature of the operating fluids, the fuel cell unit and/or the supply unit, a pressure of the operating fluids, a flow parameter, in particular a volume flow and/or a mass flow, the operating fluids, the cell voltage and/or the cell flow , an operating point of at least one operating fluid delivery unit, in particular a compressor, a fan and/or a pump for delivering one of the operating fluids, and/or a chemical composition, in particular a carbon content, a hydrogen content, a combustion air ratio or the like, of one of the operating fluids.
  • the fuel cell system includes a control or regulation unit.
  • the control or regulating unit is provided in particular for setting and/or maintaining the fuel cell unit at a predetermined operating point of the fuel cell unit.
  • “Provided” is to be understood to mean, in particular, specially set up, specially programmed, specially designed and/or specially equipped.
  • the fact that an object is provided for a specific function is to be understood in particular to mean that the object fulfills and/or executes this specific function in at least one application and/or operating state.
  • the control or regulating unit controls or regulates the supply unit and/or the electronics unit in order to reach and/or maintain the operating point of the fuel cell unit.
  • the control or regulating unit preferably evaluates the operating parameters detected by the sensor unit in order to reach the operating point of the fuel cell unit and/or to hold.
  • control or regulation unit is to be understood in particular as a unit with at least one electronic control system.
  • Control electronics is to be understood in particular as a unit with a processor unit and with a memory unit and with an operating program stored in the memory unit.
  • the control or regulating unit is particularly preferably designed as a programmable logic controller (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • the digital twin includes multiple data sets with, for example, individual data, characteristic curves, calculation rules, mathematical models, correlations or the like about the fuel cell system.
  • the digital twin preferably includes at least one data set that was specifically recorded individually for the fuel cell system.
  • the digital twin includes at least one data set that describes a material of the fuel cell system.
  • the digital twin includes at least one data set that describes the manufacture of the fuel cell system and/or includes data about the fuel cell system that is recorded during manufacture.
  • the digital twin includes at least one data set that describes a design of the fuel cell system.
  • the digital twin includes at least one data set that describes an order-picking of the fuel cell system.
  • the digital twin includes at least one data set that describes a regular operating state of the fuel cell system.
  • the digital twin evaluates the data sets, in particular taking into account the operating parameters detected by the sensor unit, in at least one method step of the method to describe and/or characterize the operating state of the fuel cell system.
  • the digital twin is intended to determine non-recorded operating parameters of the fuel cell system.
  • the digital twin is provided for estimating the behavior of the fuel cell system in advance, particularly in the event of a simulated change in one of the operating parameters.
  • the digital twin is intended to determine suitable target values for the operating parameters in order to implement a specified behavior of the fuel cell system.
  • the digital twin is implemented using at least one computing unit and at least one database of the fuel cell system.
  • the computing unit and the are particularly preferred Database embedded in the same digital environment.
  • a “processing unit” is to be understood in particular as a unit with an information input, an information processing and an information output.
  • the arithmetic unit advantageously has at least one processor, a memory, input and output means, further electrical components, an operating program, rule routines, control routines and/or calculation routines.
  • the arithmetic unit is preferably decentralized and comprises in particular a number of physically spaced apart arithmetic elements and/or a communication unit, in particular a wired and/or wireless, in particular radio wave-bound, network adapter for data exchange with other arithmetic units, in particular in the same digital environment.
  • the processing unit is particularly preferably provided for a cloud-based implementation of the digital twin.
  • the components of the processing unit are arranged on a common circuit board and/or advantageously arranged in a common housing.
  • An active action of the digital twin for example checking, mapping, activating, controlling or the like, is carried out in particular by the processing unit.
  • the data sets that the digital twin includes are stored in the memory of the computing unit and/or the database and/or are stored there and/or updated by the digital twin after a query from an external source and/or by the sensor unit.
  • the fact that “the digital twin describes the fuel cell system” is to be understood in particular to mean that the digital twin describes at least the fuel cell unit, the supply unit and/or the electronic unit.
  • the digital twin also includes at least one data set that describes signal paths between the computing unit, control elements of the supply unit, control elements of the electronics unit, the sensor unit and/or the control or regulation unit.
  • the digital twin also includes at least one data set that describes a location of use of the fuel cell system.
  • Control of the fuel cell system by the digital twin includes at least passive monitoring of operation of the fuel cell system and preferably in at least one method step of the method active control of the fuel cell system by the digital twin, in particular via the control or regulation unit.
  • the digital twin transmits control signals or data signals to the control or regulating unit, which in turn controls the fuel cell system depending on these signals.
  • the digital twin preferably monitors the fuel cell system passively when it is in a regular operating state.
  • the digital twin preferably controls the fuel cell system when it is in an irregular operating state.
  • a “regular operating state” is to be understood in particular as an active operating state in which the operating parameters, in particular power, can be kept constant within a tolerance band around a respective setpoint value for the operating parameter.
  • Irregular operating states include, for example, commissioning, starting up, shutting down and/or an error state of the fuel cell system. Commissioning of the fuel cell system includes, in particular, initial commissioning, setting, fine adjustment and/or calibration of the fuel cell system.
  • the fuel cell system preferably includes exactly one digital twin. Alternatively, the fuel cell system comprises at least one further digital twin, in particular redundant to the digital twin, in particular as a backup system, for mutual monitoring and/or for a comparison between a current, in particular aged, state and a historical, in particular new, State of the fuel cell system.
  • the digital twin controls the fuel cell system, preferably in the at least two different active operating states of the fuel cell system, permanently or temporarily.
  • a single digital twin can map both irregular and regular operating states of the fuel cell system.
  • a fuel cell system, in particular control electronics, for carrying out the method can advantageously be kept simple.
  • comprehensive data sets, which include the production, picking and runtime behavior, can advantageously be created and used. This results in advantageously stable operation, an advantageously low risk of wear, an advantageously individual fine adjustment, an advantageously precise prediction of a service life and/or a probability of failure individual components of the fuel cell system and/or the overall system, an advantageously short commissioning time and/or an advantageously fast reaction to an error state of the fuel cell system can be achieved.
  • the digital twin set a computational effort for mapping the fuel cell system depending on the current active operating state of the fuel cell system in at least one procedural step.
  • the digital twin preferably increases the effort involved in mapping the fuel cell system when the fuel cell system changes from a regular operating state to an irregular operating state.
  • the digital twin preferably reduces the effort for mapping the fuel cell system when the fuel cell system changes from an irregular state to a regular state.
  • the digital twin switches between a particularly simple basic model and at least one complex model.
  • the digital twin When adjusting the effort to map the fuel cell system, the digital twin adjusts, for example, a number of data records taken into account in the database, a maximum data processing time to be used, an increment of an iteration method, in particular in terms of time, and/or a precision of a calculation.
  • the digital twin activates or deactivates additional computational modules of the digital twin, which expand the basic model into the complex model.
  • the outlay for mapping the system is given by the number of arithmetic rules that are executed by the arithmetic unit per input data.
  • a transition between the basic model and the complex model can take place in several individual steps or be carried out in leaps and bounds.
  • the digital twin increases the effort until the image it creates is consistent with the operating parameters recorded by the sensor unit.
  • the digital twin reduces the effort as long as the image it creates is still consistent with the operating parameters recorded by the sensor unit.
  • the digital twin considers different additional data sets depending on the type of irregular condition.
  • the digital twin alternates between a minimum effort of the basic model and a maximum effort of the complex model without intermediate steps and/or without distinguishing between the irregular operating states.
  • the configuration of the method according to the invention allows an advantageously adaptive digital twin to be implemented for a fuel cell system.
  • the digital twin can advantageously be operated in a resource-saving manner, in particular energy-saving, during regular operation.
  • the digital twin can advantageously create precise predictions and/or control parameters for the control or regulating unit during irregular operation.
  • the digital twin in particular the already mentioned, control or regulating unit of the fuel cell system during an, in particular the already mentioned, irregular operating state, in particular during commissioning and/or an error state, of the fuel cell system with operating parameters to be set fuel cell system supplied.
  • the digital twin controls the fuel cell system via the control or regulating unit in the irregular operating state.
  • the operating parameters recorded with the sensor unit are preferably transmitted, in particular only, to the digital twin.
  • the digital twin evaluates the recorded operating parameters before the control or regulation unit uses the recorded operating parameters meter used to control or regulate the fuel cell system.
  • the detected operating parameters can be forwarded by the digital twin to the control or regulation unit or can be transmitted from the sensor unit to the control or regulation unit and released by the digital twin.
  • the digital twin preferably specifies a target value, an adjustment of a current target value and/or a tolerance deviation from the target value for the control or regulation unit, in particular in order to convert the irregular operating state into the regular operating state.
  • the digital twin can specify the operating parameters to be set as an individual intervention in the control or regulation of the control or regulation unit selectively or continuously or at regular intervals to specify a course. Due to the configuration according to the invention, it is advantageously possible to react quickly to an error state in the fuel cell system. In particular, an order-picking period of time for the fuel cell system can advantageously be kept short.
  • the digital twin monitors the fuel cell system for anomalies in detected operating parameters of the fuel cell system during one, in particular the already mentioned, regular operating state of the fuel cell system.
  • the regular operating state the operating parameters detected by the sensor unit are transmitted directly to the control or regulation unit for control or regulation.
  • the regular operating state the operating parameters recorded with the sensor unit are transmitted to the digital twin.
  • the digital twin compares the recorded operating parameters with the basic model, with a history of the recorded operating parameters logged by the digital twin, with limit values for the operating parameters stored in the database, or the like, in order to identify an anomaly in the recorded operating parameters .
  • An anomaly is, in particular, a value or profile of the detected operating parameter that deviates from an intended behavior.
  • an anomaly can be pronounced as a value offset, as a deviation, as oscillation, as a lack of dependency on another operating parameter, as a delayed change compared to a change in setting by the control or regulation unit or the like.
  • the digital twin preferably does not intervene in the control or regulation of the control or control unit as long as it does not detect an anomaly. Due to the configuration according to the invention, an error state of the fuel cell system can advantageously be detected at an early stage. In particular, the effort involved in the digital twin can advantageously be kept low. In particular, the method can advantageously be kept simple, energy-efficient and/or time-efficient.
  • the digital twin puts a control or regulating unit of the fuel cell system into an error diagnosis state when an anomaly is detected in the operating parameters of the fuel cell system.
  • the digital twin switches to the complex model when an anomaly is detected.
  • the fault diagnosis state is intended to identify that fault state of the fuel cell system that led to the anomaly.
  • the digital twin preferably specifies operating parameter changes for the fault diagnosis state in order to identify the fault state.
  • an operating parameter change in the fault diagnosis state is not intended to return to the regular operating state.
  • the digital twin specifies operating parameters to be set for a fault diagnosis in at least one method step, in which a regular operating state is not possible.
  • the digital twin only specifies such operating parameter changes for a fault diagnosis where a regular operating state is possible. If the error diagnosis shows that the error status can be remedied by adjusting the operating parameters, the digital twin can optionally initiate a return to the regular operating status after the error diagnosis has been completed. Alternatively or additionally, the digital twin outputs a result of the error diagnosis, saves it in the database and/or notifies a maintenance service. Due to the configuration according to the invention, error states of the fuel cell system can advantageously be reliably identified.
  • the digital twin puts a control or regulation unit of the fuel cell system into an error compensation state when an anomaly in detected operating parameters of the fuel cell system is detected.
  • the digital twin changes a setting of the control or regulation unit in the error compensation state in order to return to a stable operating state, in particular the regular operating state.
  • Settings of the control or regulation unit include, for example, a limit value and/or a tolerance value for the operating parameter and/or a control or regulation parameter, in particular a control sensitivity and/or a relative ratio of various control elements of the control or regulation unit to one another.
  • the digital twin preferably increases a range of values for the operating parameter that can be set by the control or regulation unit compared to the regular operating state.
  • the digital twin preferably triggers the error diagnostic state.
  • the digital twin optionally logs the operating parameter change that led to success, in particular to subsequent reuse. Due to the configuration according to the invention, regular operation can advantageously be maintained for a long time, in particular without operator intervention.
  • the digital twin in at least one method step, in particular regularly, puts a control or regulating unit, in particular the one already mentioned, of the fuel cell system into a test state.
  • the control or regulation unit carries out a defined change in the operating parameter in the test state, for example with a rectangular, triangular, sinusoidal value curve or the like.
  • the digital twin logs a reaction of the fuel cell system to the change.
  • the digital twin analyzes the reaction in order to detect a previously undetected fault condition, for example due to wear.
  • the digital twin adjusts a target value of at least one operating parameter for a regular operating state.
  • a current state of the fuel cell system can be recorded and digitally logged.
  • the digital twin can advantageously be adapted to the current state before the fuel cell system falls into an error state.
  • the digital twin activates an additional control or regulating unit for controlling or regulating external components when the fuel cell system is in an irregular operating state.
  • “External components” should be understood to mean, in particular, equipment that is not permanently arranged on the fuel cell system and, in particular, is temporarily coupled to the fuel cell system for commissioning and/or maintenance of the latter.
  • Examples of external components include a gas analysis device for analyzing the fuel or an exhaust gas produced by the fuel cell unit, an inert gas supply unit for flooding the fuel cell system with inert gas, an electric heater for controlling the temperature of the fuel cell system, in particular independently of fuel utilization, a further Sensor unit for detecting the operating parameters at additional measuring points or the like.
  • the additional control or regulating unit is provided to set the external components according to a specification by the digital twin.
  • the digital twin optionally mediated via the additional control or regulation unit, queries operating parameters recorded by the external components from the external components for storage in the database.
  • the digital twin iteratively limits and/or adjusts a value range of the operating parameters to be set by the control or regulation unit and/or the additional control or regulation unit, depending on the operating parameters recorded with the sensor unit or the external components on, in particular until a regular operating state is reached at a predetermined operating point of the fuel cell unit. Due to the configuration according to the invention, an order-picking period can be kept short before geous. In particular, the digital twin can advantageously access extensive test data and setting data for error analysis or for stabilizing the regular operating state.
  • the digital twin retrieves data from at least one additional fuel cell system in at least one procedural step.
  • the digital twin preferably retrieves the data using the communication unit.
  • the digital twin retrieves the data from a central database, for example on an Internet server or a local private server away.
  • the digital twin retrieves the data directly from the other fuel cell system, in particular its digital twin.
  • the digital twin calls up historical operating data of the further fuel cell system in order to distinguish between a regular operating state, compensable anomalies in the operating parameters and/or anomalies in the operating parameters that make maintenance necessary.
  • the digital twin for compensable anomalies retrieves the operating parameter change made for successful compensation.
  • the design according to the invention allows the digital twin to be provided with an advantageously large data base length.
  • the digital twin can process data from similar, in particular structurally identical, fuel cell systems and/or fuel cell systems with structurally identical components.
  • the fuel cell system includes the database.
  • the fuel cell system includes the fuel cell unit, the supply unit, the sensor unit and the electronics unit.
  • the fuel cell system includes the control or regulation unit for controlling or regulating the supply unit, the sensor unit and/or the electronic unit.
  • the fuel cell system optionally includes the additional control or regulation unit for controlling or regulating the external components.
  • the control or regulation unit and the additional control or regulation unit are particularly preferably identical.
  • control or regulation unit and the additional control or regulation unit are realized by the same component of the fuel cell system, the control or regulation unit and the additional control or regulation unit being implemented in particular as different operating states of this component, with a change between them Operating states is controlled in particular by the digital twin.
  • the control or regulation unit and the additional control or regulation unit are implemented by at least two, in particular separate, components.
  • the fuel cell system includes the communication unit for data exchange between the computing unit, the database, control elements of the supply unit, control elements of the electronics unit, the control or regulation unit, the additional control or regulation unit, the external components and/or a local, regional and/or global network.
  • the configuration according to the invention makes it possible to provide an advantageously simple fuel cell system for implementing a digital twin, which can map both irregular and regular operating states of the fuel cell system.
  • the method according to the invention and/or the fuel cell system according to the invention should/should not be limited to the application and embodiment described above.
  • the method according to the invention and/or the fuel cell system according to the invention can/can have a number of individual elements, components and units as well as method steps that differs from a number specified here in order to fulfill a function described herein.
  • values lying within the stated limits should also be considered disclosed and can be used as desired.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a fuel cell system according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an exemplary operating parameter profile in the course of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a fuel cell system 12.
  • the fuel cell system 12 includes a computing unit 36 for carrying out a method 10, which is shown in FIG.
  • the fuel cell system 12 comprises at least one fuel cell unit 42.
  • the fuel cell system 12 comprises at least one supply unit 44 for handling operating fluids of the fuel cell system 12.
  • the fuel cell system 12 preferably comprises an electronics unit 45 for tapping an electrical cell voltage and/or an electrical cell current from the fuel cell unit 42 and/or to supply the fuel cell unit 42 with an electrical cell voltage and/or an electrical cell current.
  • the fuel cell system 12 includes at least one sensor unit 46 for detecting operating parameters 24 (see FIGS. 2 and 3) of the fuel cell system 12.
  • the fuel cell system 12 includes a control or regulating unit 20.
  • the fuel cell system 12 includes an additional control or re gel unit 22, 22' for controlling or regulating external components 34.
  • the control unit 20 is preferably also designed as an additional control unit 22.
  • the additional control unit 22 ′ is in the form of a component that is separate from the control unit 20 .
  • the fuel cell system 12 includes a database 38 which, together with the computing unit 36 , is provided for implementing a digital twin 14 of the fuel cell system 12 .
  • the fuel cell system 12 preferably comprises at least one communication unit 40 for data exchange between the digital twin 14, the control or regulation unit 20, the additional control or regulation unit 22, 22', the sensor unit 46, the external component 34, an actuating element of the supply unit 44 ,
  • an actuating element of the supply unit 44 For example a valve, a compressor motor, an electric heating element, or the like, and/or an actuating element of the electronics unit 45, for example a transistor circuit, an adjustable resistor, a voltage source or the like.
  • FIG. 2 shows the method 10.
  • the method 10 is provided for operating the fuel cell system 12.
  • the fuel cell system 12 is controlled as a function of the system-specific digital twin 14 .
  • the digital twin 14 maps the fuel cell system 12 in a mapping step 48 of the method 10 .
  • the digital twin 14 controls the fuel cell system 12 in at least two different active operating states 16, 18 the fuel cell system 12.
  • the digital twin 14 retrieves data from at least one other fuel cell system.
  • the digital twin 14 sets a computational effort for mapping the fuel cell system 12 depending on a current active operating state 16, 18 of the fuel cell system 12.
  • the digital twin 14 checks in an operating state determination 54 of the method 10 whether the fuel cell system 12 is in a regular operating state 18 or in an irregular operating state 16 .
  • the digital twin 14 uses a basic model that maps the fuel cell system 12 .
  • the digital twin 14 uses a complex model which depicts the fuel cell system 12 .
  • the basic model preferably represents a simplification, in particular an approximation, of the complex model.
  • the digital twin 14 evaluates the basic model or the complex model with the detected operating parameters 24 and/or compares it with the basic model or the complex one Model determined expected values for the operating parameters with the recorded operating parameters 24.
  • the digital twin 14 determines whether it controls the control or regulation unit 20 and/or activates the additional control or regulation unit 22, 22'. In the irregular operating state 16 of the fuel cell system 12, the digital twin 14 activates the additional control or regulation unit 22, 22' for controlling or regulating the external components 34.
  • the digital twin 14 supplies the control or regulation unit 20 and optionally the additional tax - or control unit 22, 22' of the fuel cell system 12 during an irregular operating state 16 of the fuel cell system 12 with operating parameters 24 of the fuel cell system 12 to be set.
  • the digital twin 14 supplies the control or regulating unit 20 during commissioning 60 of the fuel cell system 12 and/or, if present, the additional control and regulation unit 22, 22' with operating parameters 24 to be set.
  • the additional control or regulation unit 22, 22' takes over the tasks of the control or regulation unit 20 during order picking.
  • the digital twin 14 during an error state of the fuel cell system 12, the control or regulating unit 20 with operating parameters 24 to be set.
  • the control or regulating unit 20 controls or regulates the supply unit 44 and/or the electronics unit 45 in a control or regulating step 50, in particular in order to achieve and/or maintain a predetermined operating point of the fuel cell unit 42.
  • the control or regulating unit 20 preferably evaluates the operating parameters 24 detected by the sensor unit 46 and/or the external components 34 in a detection step 52 of the method 10 in order to reach and/or maintain the operating point of the fuel cell unit 42 .
  • the additional control or regulation unit 22, 22' controls or regulates the external component 34 in a further control or regulation step 58 in order to reach and/or maintain the operating point of the fuel cell unit 42.
  • the digital twin 14 monitors the fuel cell system 12 with regard to anomalies 26 (see FIG. 3) in the detected operating parameters 24 of the fuel cell system 12.
  • the digital twin 14 puts the control or regulating unit 20 of the fuel cell system 12 into an error compensation state 30 when an anomaly 26 is detected in the detected operating parameters 24 of the fuel cell system 12.
  • the digital twin 14 changes control in the error compensation state 30 - Or control parameters of the control or regulation unit 20 to restore the regular operating state 18.
  • the digital twin 14 puts the control or regulation unit 20 of the fuel cell system 12 in a detection of an anomaly 26 in the detected operating parameters 24 of the fuel cell system 12 in a fault diagnosis state 28.
  • control or regulation unit 20 in the regular fault diagnosis state 28 in the control or regulation step 50 controls or regulates the control or regulation unit 20 in the regular fault diagnosis state 28 in the control or regulation step 50 the supply unit 44 and/or the electronics unit 45 in order to identify a possible source of error, in particular at least to limit it, in particular without taking into account the specified operating point of the fuel cell unit 42
  • the digital twin 14 offsets in the control determination step 56, in particular regularly, the Control or regulating unit 20 of the fuel cell system 12 into a test state 32.
  • the control or regulating unit 20 in the test state 32 controls or regulates the supply unit 44 and/or the electronics unit 45 in the control or regulating step 50 in order to make a defined change in bring about at least one of the operating parameters 24, in particular so that the digital le twin 14 can analyze a reaction of the fuel cell system 12 to the change.
  • Figure 3 shows a profile of the operating parameter 24, for example an electrical power generated by the fuel cell unit 42, as a function of a time 62.
  • the control or regulating unit 20 is provided to bring the operating parameter 24 to a setpoint value 64 and/or to keep.
  • the digital twin 14 of the control or regulating unit 20 specifies a defined change in the operating parameter 24 and analyzes a reaction of the fuel cell system 12 to the change, in particular wear of the fuel cell system 12 and/or a necessary one Maintenance of the fuel cell system 12 to recognize.
  • the digital twin 14 changes the operating parameter limit values specified for the control or regulation unit 20 in order to give the control or regulation unit 20 more leeway to return the

Abstract

The invention relates to a method for operating a fuel cell system, wherein the fuel cell system is controlled in accordance with a system-specific digital twin (14) that represents the fuel cell system. According to the invention, the digital twin (14) controls the fuel cell system in at least two different active operating states (16, 18) of the fuel cell system.

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems Method for operating a fuel cell system
Stand der Technik State of the art
In US 2019/0173109 Al ist bereits ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoff zellensystems vorgeschlagen worden, bei welchem das Brennstoffzellensystem in Abhängigkeit von einem systemspezifischen digitalen Zwilling kontrolliert wird, der das Brennstoffzellensystem abbildet. A method for operating a fuel cell system has already been proposed in US 2019/0173109 A1, in which the fuel cell system is controlled as a function of a system-specific digital twin that maps the fuel cell system.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellen systems, wobei das Brennstoffzellensystem in Abhängigkeit von einem system spezifischen digitalen Zwilling kontrolliert wird, der das Brennstoffzellensystem abbildet. The invention is based on a method for operating a fuel cell system, the fuel cell system being controlled as a function of a system-specific digital twin that maps the fuel cell system.
Es wird vorgeschlagen, dass der digitale Zwilling in zumindest zwei verschiede nen aktiven Betriebszuständen des Brennstoffzellensystems das Brennstoffzel lensystem kontrolliert. Das Brennstoffzellensystem umfasst zumindest eine Brennstoffzelleneinheit zu einer Umsetzung eines Brennstoffs und/oder zu einer Elektrolyse eines Elektrolysestoffs, insbesondere Wasser. Die Brennstoffzellen einheit umfasst zumindest eine Brennstoffzelle, vorzugsweise eine Festoxid brennstoffzelle (SOFC) und/oder eine Protonenaustauschmembran- Brennstoffzelle (PEMFC). Optional umfasst die Brennstoffzelleneinheit mehrere Brennstoffzellen, welche beispielsweise in einem Stack oder einem Verbund von Stacks angeordnet sind. Das Brennstoffzellensystem umfasst zumindest eine Versorgungseinheit zu einer Handhabung von Betriebsfluiden des Brennstoffzel- lensystems, insbesondere zu einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit den Betriebsfluiden und/oder zu einer Weiterleitung von aus der Brennstoffzel leneinheit austretenden Betriebsfluiden. Betriebsfluide umfassen beispielsweise den Brennstoff, ein sauerstoffhaltiges Fluid, insbesondere Umgebungsluft, den Elektrolysestoff, ein Umsetzungsprodukt, insbesondere Wasser und/oder Koh lenstoffdioxid, ein Elektrolyseprodukt, insbesondere Wasserstoff, und/oder einen Reformierungszusatz, insbesondere Wasserdampf. Vorzugsweise umfasst das Brennstoffzellensystem eine Elektronikeinheit, zu einem Abgriff einer elektrischen Zellspannung und/oder eines elektrischen Zellstroms von der Brennstoffzellen einheit und/oder zu einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit einer elektrischen Zellspannung und/oder einem elektrischen Zellstrom. Vorzugsweise umfasst das Brennstoffzellensystem zumindest eine Sensoreinheit zu einer Er fassung von Betriebsparametern des Brennstoffzellensystems. Beispiele für von der Sensoreinheit überwachte Betriebsparameter umfassen eine Temperatur der Betriebsfluide, der Brennstoffzelleneinheit und/oder der Versorgungseinheit, ei nen Druck der Betriebsfluide, einen Strömungsparameter, insbesondere einen Volumenstrom und/oder einen Massenstrom, der Betriebsfluide, die Zellspan nung und/oder den Zellstrom, einen Arbeitspunkt zumindest einer Betriebsflu idfördereinheit, insbesondere eines Kompressors, eines Ventilators und/oder einer Pumpe zur Förderung eines der Betriebsfluide, und/oder eine chemische Zusammensetzung, insbesondere einen Kohlenstoffgehalt, einen Wasserstoff gehalt, ein Verbrennungsluftverhältnis oder dergleichen, eines der Betriebsfluide. Das Brennstoffzellensystem umfasst eine Steuer- oder Regeleinheit. Die Steuer oder Regeleinheit ist insbesondere dazu vorgesehen, die Brennstoffzelleneinheit auf einen vorgegebenen Betriebspunkt der Brennstoffzelleneinheit einzustellen und/oder zu halten. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell eingerichtet, speziell programmiert, speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet verstan den werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Insbesondere steuert oder regelt die Steuer- oder Regelein heit die Versorgungseinheit und/oder die Elektronikeinheit, um den Betriebspunkt der Brennstoffzelleneinheit zu erreichen und/oder zu halten. Vorzugsweise ver wertet die Steuer- oder Regeleinheit die von der Sensoreinheit erfassten Be triebsparameter, um den Betriebspunkt der Brennstoffzelleneinheit zu erreichen und/oder zu halten. Unter einer „Steuer- oder Regeleinheit“ soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einer Steuerelektronik verstanden werden. Unter einer „Steuerelektronik“ soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Besonders bevorzugt ist die Steuer- oder Regeleinheit als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS, engl.: PLC) ausge bildet. It is proposed that the digital twin controls the fuel cell system in at least two different active operating states of the fuel cell system. The fuel cell system comprises at least one fuel cell unit for converting a fuel and/or for electrolyzing an electrolytic substance, in particular water. The fuel cell unit comprises at least one fuel cell, preferably a solid oxide fuel cell (SOFC) and/or a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). The fuel cell unit optionally comprises a plurality of fuel cells which are arranged, for example, in a stack or in a combination of stacks. The fuel cell system comprises at least one supply unit for handling operating fluids of the fuel cell lensystems, in particular for supplying the fuel cell unit with the operating fluids and/or for forwarding operating fluids exiting from the fuel cell unit. Operating fluids include, for example, the fuel, an oxygen-containing fluid, in particular ambient air, the electrolysis substance, a reaction product, in particular water and/or carbon dioxide, an electrolysis product, in particular hydrogen, and/or a reforming additive, in particular steam. The fuel cell system preferably includes an electronics unit for tapping an electrical cell voltage and/or an electrical cell current from the fuel cell unit and/or for supplying the fuel cell unit with an electrical cell voltage and/or an electrical cell current. The fuel cell system preferably comprises at least one sensor unit for detecting operating parameters of the fuel cell system. Examples of operating parameters monitored by the sensor unit include a temperature of the operating fluids, the fuel cell unit and/or the supply unit, a pressure of the operating fluids, a flow parameter, in particular a volume flow and/or a mass flow, the operating fluids, the cell voltage and/or the cell flow , an operating point of at least one operating fluid delivery unit, in particular a compressor, a fan and/or a pump for delivering one of the operating fluids, and/or a chemical composition, in particular a carbon content, a hydrogen content, a combustion air ratio or the like, of one of the operating fluids. The fuel cell system includes a control or regulation unit. The control or regulating unit is provided in particular for setting and/or maintaining the fuel cell unit at a predetermined operating point of the fuel cell unit. “Provided” is to be understood to mean, in particular, specially set up, specially programmed, specially designed and/or specially equipped. The fact that an object is provided for a specific function is to be understood in particular to mean that the object fulfills and/or executes this specific function in at least one application and/or operating state. In particular, the control or regulating unit controls or regulates the supply unit and/or the electronics unit in order to reach and/or maintain the operating point of the fuel cell unit. The control or regulating unit preferably evaluates the operating parameters detected by the sensor unit in order to reach the operating point of the fuel cell unit and/or to hold. A “control or regulation unit” is to be understood in particular as a unit with at least one electronic control system. “Control electronics” is to be understood in particular as a unit with a processor unit and with a memory unit and with an operating program stored in the memory unit. The control or regulating unit is particularly preferably designed as a programmable logic controller (PLC).
Der digitale Zwilling umfasst mehrere Datensätze mit beispielsweise Einzeldaten, Kennlinien, Rechenvorschriften, mathematischen Modellen, Korrelationen oder dergleichen über das Brennstoffzellensystem. Der digitale Zwilling umfasst vor zugsweise zumindest einen Datensatz, welcher spezifisch für das Brennstoffzel lensystem individuell erfasst wurde. Beispielsweise umfasst der digitale Zwilling zumindest einen Datensatz, der ein Material des Brennstoffzellensystems be schreibt. Beispielsweise umfasst der digitale Zwilling zumindest einen Datensatz, der eine Herstellung des Brennstoffzellensystems beschreibt und/oder bei einer Herstellung erfasste Daten über das Brennstoffzellensystem umfasst. Beispiels weise umfasst der digitale Zwilling zumindest einen Datensatz, der ein Design des Brennstoffzellensystems beschreibt. Beispielsweise umfasst der digitale Zwil ling zumindest einen Datensatz, der ein Kommissionieren des Brennstoffzellen systems beschreibt. Beispielsweise umfasst der digitale Zwilling zumindest einen Datensatz, der einen regulären Betriebszustand des Brennstoffzellensystems beschreibt. Der digitale Zwilling wertet die Datensätze, insbesondere unter Be rücksichtigung der von der Sensoreinheit erfassten Betriebsparameter, in zumin dest einem Verfahrensschritt des Verfahrens zu einer Beschreibung und/oder Charakterisierung des Betriebszustands des Brennstoffzellensystems aus. Ins besondere ist der digitale Zwilling dazu vorgesehen, nicht-erfasste Betriebspara meter des Brennstoffzellensystems zu ermitteln. Optional ist der digitale Zwilling dazu vorgesehen, ein Verhalten des Brennstoffzellensystems, insbesondere bei einer simulierten Veränderung eines der Betriebsparameter, im Voraus abzu schätzen. Insbesondere ist der digitale Zwilling dazu vorgesehen, geeignete Sollwerte der Betriebsparameter zu ermitteln, um ein vorgegebenes Verhalten des Brennstoffzellensystems zu realisieren. Der digitale Zwilling wird mittels zu mindest einer Recheneinheit und zumindest einer Datenbank des Brennstoffzel lensystems implementiert. Besonders bevorzugt sind die Recheneinheit und die Datenbank in dieselbe digitale Umgebung eingebettet. Unter einer „Rechenein heit“ soll insbesondere eine Einheit mit einem Informationseingang, einer Infor mationsverarbeitung und einer Informationsausgabe verstanden werden. Vorteil haft weist die Recheneinheit zumindest einen Prozessor, einen Speicher, Ein- und Ausgabemittel, weitere elektrische Bauteile, ein Betriebsprogramm, Regel routinen, Steuerroutinen und/oder Berechnungsroutinen auf. Bevorzugt ist die Recheneinheit dezentral ausgebildet und umfasst insbesondere mehrere phy sisch beabstandete Rechenelemente und/oder eine Kommunikationseinheit, ins besondere einen leitungsgebundenen und/oder drahtlosen, insbesondere funk wellengebundenen, Netzwerkadapter zu einem Datenaustausch mit weiteren Recheneinheiten, insbesondere derselben digitalen Umgebung. Besonders be vorzugt ist die Recheneinheit zu einem cloudbasierten Implementieren des digita len Zwillings vorgesehen. Alternativ sind die Bauteile der Recheneinheit auf einer gemeinsamen Platine angeordnet und/oder vorteilhaft in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Eine aktive Handlung des digitalen Zwillings, beispielswei se ein Kontrollieren, ein Abbilden, ein Aktivieren, ein Steuern oder dergleichen, wird insbesondere von der Recheneinheit ausgeführt. Die Datensätze, die der digitale Zwilling umfasst, sind in dem Speicher der Recheneinheit und/oder der Datenbank hinterlegt und/oder werden von dem digitalen Zwilling nach einer Ab frage von einer externen Quelle und/oder von der Sensoreinheit dort hinterlegt und/oder aktualisiert. Darunter, dass „der digitale Zwilling das Brennstoffzellen system beschreibt“ soll insbesondere verstanden werden, dass der digitale Zwil ling zumindest die Brennstoffzelleneinheit, die Versorgungseinheit und/oder die Elektronikeinheit beschreibt. Optional umfasst der digitale Zwilling zusätzlich zu mindest einen Datensatz, welcher Signalwege zwischen der Recheneinheit, Stel lelementen der Versorgungseinheit, Stellelementen der Elektronikeinheit, der Sensoreinheit und/oder der Steuer- oder Regeleinheit beschreibt. Optional um fasst der digitale Zwilling zusätzlich zumindest einen Datensatz, welcher einen Einsatzort des Brennstoffzellensystems beschreibt. The digital twin includes multiple data sets with, for example, individual data, characteristic curves, calculation rules, mathematical models, correlations or the like about the fuel cell system. The digital twin preferably includes at least one data set that was specifically recorded individually for the fuel cell system. For example, the digital twin includes at least one data set that describes a material of the fuel cell system. For example, the digital twin includes at least one data set that describes the manufacture of the fuel cell system and/or includes data about the fuel cell system that is recorded during manufacture. For example, the digital twin includes at least one data set that describes a design of the fuel cell system. For example, the digital twin includes at least one data set that describes an order-picking of the fuel cell system. For example, the digital twin includes at least one data set that describes a regular operating state of the fuel cell system. The digital twin evaluates the data sets, in particular taking into account the operating parameters detected by the sensor unit, in at least one method step of the method to describe and/or characterize the operating state of the fuel cell system. In particular, the digital twin is intended to determine non-recorded operating parameters of the fuel cell system. Optionally, the digital twin is provided for estimating the behavior of the fuel cell system in advance, particularly in the event of a simulated change in one of the operating parameters. In particular, the digital twin is intended to determine suitable target values for the operating parameters in order to implement a specified behavior of the fuel cell system. The digital twin is implemented using at least one computing unit and at least one database of the fuel cell system. The computing unit and the are particularly preferred Database embedded in the same digital environment. A “processing unit” is to be understood in particular as a unit with an information input, an information processing and an information output. The arithmetic unit advantageously has at least one processor, a memory, input and output means, further electrical components, an operating program, rule routines, control routines and/or calculation routines. The arithmetic unit is preferably decentralized and comprises in particular a number of physically spaced apart arithmetic elements and/or a communication unit, in particular a wired and/or wireless, in particular radio wave-bound, network adapter for data exchange with other arithmetic units, in particular in the same digital environment. The processing unit is particularly preferably provided for a cloud-based implementation of the digital twin. Alternatively, the components of the processing unit are arranged on a common circuit board and/or advantageously arranged in a common housing. An active action of the digital twin, for example checking, mapping, activating, controlling or the like, is carried out in particular by the processing unit. The data sets that the digital twin includes are stored in the memory of the computing unit and/or the database and/or are stored there and/or updated by the digital twin after a query from an external source and/or by the sensor unit. The fact that “the digital twin describes the fuel cell system” is to be understood in particular to mean that the digital twin describes at least the fuel cell unit, the supply unit and/or the electronic unit. Optionally, the digital twin also includes at least one data set that describes signal paths between the computing unit, control elements of the supply unit, control elements of the electronics unit, the sensor unit and/or the control or regulation unit. Optionally, the digital twin also includes at least one data set that describes a location of use of the fuel cell system.
Eine Kontrolle des Brennstoffzellensystems durch den digitalen Zwilling umfasst zumindest eine passive Überwachung eines Betriebs des Brennstoffzellensys tems und vorzugsweise in zumindest einem Verfahrensschritt des Verfahrens eine aktive Steuerung des Brennstoffzellensystems durch den digitalen Zwilling, insbesondere vermittelt über die Steuer- oder Regeleinheit. Besonders bevorzugt übermittelt der digitale Zwilling zu einem Kontrollieren des Brennstoffzellensys tems Steuersignale oder Datensignale an die Steuer- oder Regeleinheit, welche ihrerseits in Abhängigkeit von diesen Signalen das Brennstoffzellensystem steu ert. Vorzugsweise überwacht der digitale Zwilling das Brennstoffzellensystem passiv, wenn sich dieses in einem regulären Betriebszustand befindet. Vorzugs weise steuert der digitale Zwilling das Brennstoffzellensystem, wenn sich dieses in einem irregulären Betriebszustand befindet. Unter einem „regulären Betriebs zustand“ soll insbesondere ein aktiver Betriebszustand verstanden werden, bei welchem die Betriebsparameter, insbesondere eine Leistung, innerhalb eines Toleranzbandes um einen jeweiligen Sollwert für den Betriebsparameter konstant gehalten werden können. Irreguläre Betriebszustände umfassen beispielhaft ein Kommissionieren, ein Anfahren, ein Herunterfahren und/oder einen Fehlerzu stand des Brennstoffzellensystems. Ein Kommissionieren des Brennstoffzellen systems umfasst insbesondere eine Erstinbetriebnahme, ein Einstellen, eine Feinjustage und/oder ein Kalibrieren des Brennstoffzellensystems. Vorzugsweise umfasst das Brennstoffzellensystem genau einen digitalen Zwilling. Alternativ umfasst das Brennstoffzellensystem zumindest einen weiteren, insbesondere zu dem digitalen Zwilling redundanten, digitalen Zwilling, insbesondere als Backup- System, zu einer gegenseitigen Kontrolle und/oder zu einem Vergleich zwischen einem aktuellen, insbesondere gealterten, Zustand und einem historischen, ins besondere neuwertigen, Zustand des Brennstoffzellensystems. Control of the fuel cell system by the digital twin includes at least passive monitoring of operation of the fuel cell system and preferably in at least one method step of the method active control of the fuel cell system by the digital twin, in particular via the control or regulation unit. Especially preferred In order to control the fuel cell system, the digital twin transmits control signals or data signals to the control or regulating unit, which in turn controls the fuel cell system depending on these signals. The digital twin preferably monitors the fuel cell system passively when it is in a regular operating state. The digital twin preferably controls the fuel cell system when it is in an irregular operating state. A “regular operating state” is to be understood in particular as an active operating state in which the operating parameters, in particular power, can be kept constant within a tolerance band around a respective setpoint value for the operating parameter. Irregular operating states include, for example, commissioning, starting up, shutting down and/or an error state of the fuel cell system. Commissioning of the fuel cell system includes, in particular, initial commissioning, setting, fine adjustment and/or calibration of the fuel cell system. The fuel cell system preferably includes exactly one digital twin. Alternatively, the fuel cell system comprises at least one further digital twin, in particular redundant to the digital twin, in particular as a backup system, for mutual monitoring and/or for a comparison between a current, in particular aged, state and a historical, in particular new, State of the fuel cell system.
Insbesondere kontrolliert der digitale Zwilling das Brennstoffzellensystem, vor zugsweise in den zumindest zwei verschiedenen aktiven Betriebszuständen des Brennstoffzellensystems, dauerhaft oder zeitweise. In particular, the digital twin controls the fuel cell system, preferably in the at least two different active operating states of the fuel cell system, permanently or temporarily.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens kann ein einzelner digitaler Zwilling sowohl irreguläre als auch reguläre Betriebszustände des Brennstoffzellensystems abbilden. Ein Brennstoffzellensystem, insbesondere eine Kontrollelektronik, zur Durchführung des Verfahrens kann vorteilhaft einfach gehalten werden. Ferner können vorteilhaft umfassende Datensätze, welche die Herstellung, Kommissionierung und das Laufzeitverhalten umfassen, erstellt und genutzt werden. Hierdurch ist ein vorteilhaft stabiler Betrieb, ein vorteilhaft gerin ges Verschleißrisiko, eine vorteilhaft individuelle Feineinstellung, einen vorteilhaft präzise Vorhersage einer Lebensdauer und/oder einer Ausfallwahrscheinlichkeit einzelner Komponenten des Brennstoffzellensystems und/oder des Gesamtsys tem, eine vorteilhaft kurz Kommissionierungszeit und/oder eine vorteilhaft schnel le Reaktion auf einen Fehlerzustand des Brennstoffzellensystems erreichbar. Due to the configuration of the method according to the invention, a single digital twin can map both irregular and regular operating states of the fuel cell system. A fuel cell system, in particular control electronics, for carrying out the method can advantageously be kept simple. Furthermore, comprehensive data sets, which include the production, picking and runtime behavior, can advantageously be created and used. This results in advantageously stable operation, an advantageously low risk of wear, an advantageously individual fine adjustment, an advantageously precise prediction of a service life and/or a probability of failure individual components of the fuel cell system and/or the overall system, an advantageously short commissioning time and/or an advantageously fast reaction to an error state of the fuel cell system can be achieved.
Weiter wird vorgeschlagen, dass der digitale Zwilling in zumindest einem Verfah rensschritt einen rechentechnischen Aufwand zum Abbilden des Brennstoffzel lensystems abhängig von dem aktuellen aktiven Betriebszustand des Brennstoff zellensystems einstellt. Vorzugsweise erhöht der digitale Zwilling den Aufwand zum Abbilden des Brennstoffzellensystems, wenn das Brennstoffzellensystem von einem regulären Betriebszustand in einen irregulären Betriebszustand wech selt. Vorzugsweise reduziert der digitale Zwilling den Aufwand zum Abbilden des Brennstoffzellensystems, wenn das Brennstoffzellensystem von einem irregulä ren Zustand in einen regulären Zustand wechselt. Insbesondere wechselt der digitale Zwilling zwischen einem, insbesondere einfachen, Grundmodell und zu mindest einem komplexen Modell. Bei einem Einstellen des Aufwands zum Ab bilden des Brennstoffzellensystems stellt der digitale Zwilling beispielsweise eine Anzahl der berücksichtigten Datensätze der Datenbank, eine maximal zu ver wendende Datenverarbeitungszeit eine, insbesondere zeitliche, Schrittweite ei nes Iterationsverfahrens, und/oder eine Präzision einer Berechnung ein. Insbe sondere aktiviert oder deaktiviert der digitale Zwilling zu einer Einstellung des Aufwands rechentechnische Zusatzmodule des digitalen Zwillings, welche das Grundmodell zu dem komplexen Modell erweitern. Insbesondere ist der Aufwand zum Abbilden des Systems gegeben durch die Anzahl an Rechenvorschriften, die von der Recheneinheit pro Eingangsdaten ausgeführt werden. Beispielsweise werden in dem Grundmodell im Vergleich zum komplexen Modell bestimmte Be triebsparameter nicht ermittelt oder eine Berechnung durch einen Mittelwert er setzt, numerische Verfahren mit weniger Iterationen oder weniger engen Konver genzkriterien ausgeführt oder durch weniger systemspezifische Funktionen er setzt, weniger Glieder in mathematischen Reihen, insbesondere polynomen Re gressionsfunktionen, ausgewertet oder dergleichen. Beispielsweise werden in dem komplexen Modell im Vergleich zum Grundmodell zusätzliche Betriebspa rameter ermittelt oder Mittelwerte durch Berechnungen ersetzt, numerische Ver fahren mit mehr Iterationen oder engeren Konvergenzkriterien ausgeführt, sys temunspezifische Funktionen durch numerische Verfahren ersetzt, mehr Glieder in mathematische Reihen, insbesondere polynomen Regressionsfunktionen, ausgewertet oder dergleichen. It is also proposed that the digital twin set a computational effort for mapping the fuel cell system depending on the current active operating state of the fuel cell system in at least one procedural step. The digital twin preferably increases the effort involved in mapping the fuel cell system when the fuel cell system changes from a regular operating state to an irregular operating state. The digital twin preferably reduces the effort for mapping the fuel cell system when the fuel cell system changes from an irregular state to a regular state. In particular, the digital twin switches between a particularly simple basic model and at least one complex model. When adjusting the effort to map the fuel cell system, the digital twin adjusts, for example, a number of data records taken into account in the database, a maximum data processing time to be used, an increment of an iteration method, in particular in terms of time, and/or a precision of a calculation. In particular, to adjust the effort, the digital twin activates or deactivates additional computational modules of the digital twin, which expand the basic model into the complex model. In particular, the outlay for mapping the system is given by the number of arithmetic rules that are executed by the arithmetic unit per input data. For example, in the basic model, in comparison to the complex model, certain operating parameters are not determined or a calculation is replaced by an average value, numerical methods are carried out with fewer iterations or less narrow convergence criteria or are replaced by fewer system-specific functions, fewer members in mathematical series, in particular polynomial regression functions, evaluated or the like. For example, in the complex model, additional operating parameters are determined compared to the basic model, or mean values are replaced by calculations, numerical methods are carried out with more iterations or narrower convergence criteria, non-system-specific functions are replaced by numerical methods, more elements evaluated in mathematical series, in particular polynomial regression functions, or the like.
Ein Übergang zwischen dem Grundmodell und dem komplexen Modell kann in mehreren Einzelschritten erfolgen oder sprunghaft durchgeführt werden. Bei spielsweise erhöht der digitale Zwilling den Aufwand solange, bis das von ihm erstellte Abbild mit den durch die Sensoreinheit erfassten Betriebsparametern im Einklang steht. Beispielsweise reduziert der digitale Zwilling den Aufwand, solan ge das von ihm erstellte Abbild mit den durch die Sensoreinheit erfassten Be triebsparametern noch im Einklang steht. Optional berücksichtig der digitale Zwil ling unterschiedliche zusätzliche Datensätze in Abhängigkeit von der Art des irre gulären Zustands. Alternativ wechselt der digitale Zwilling zwischen einem Mini malaufwand des Grundmodells und einem Maximalaufwand des komplexen Mo dells ohne Zwischenschritte und/oder ohne Unterscheidung der irregulären Be triebszustände. A transition between the basic model and the complex model can take place in several individual steps or be carried out in leaps and bounds. For example, the digital twin increases the effort until the image it creates is consistent with the operating parameters recorded by the sensor unit. For example, the digital twin reduces the effort as long as the image it creates is still consistent with the operating parameters recorded by the sensor unit. Optionally, the digital twin considers different additional data sets depending on the type of irregular condition. Alternatively, the digital twin alternates between a minimum effort of the basic model and a maximum effort of the complex model without intermediate steps and/or without distinguishing between the irregular operating states.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens kann ein vorteilhaft adaptiver digitaler Zwilling für ein Brennstoffzellensystem implementiert werden. Insbesondere kann der digitale Zwilling während eines regulären Betriebs vorteil haft ressourcenschonend, insbesondere energieschonend, betrieben werden. Insbesondere kann der digitale Zwilling während eines irregulären Betriebs vor teilhaft präzise Vorhersagen und/oder Steuerparameter für die Steuer- oder Re geleinheit erstellen. The configuration of the method according to the invention allows an advantageously adaptive digital twin to be implemented for a fuel cell system. In particular, the digital twin can advantageously be operated in a resource-saving manner, in particular energy-saving, during regular operation. In particular, the digital twin can advantageously create precise predictions and/or control parameters for the control or regulating unit during irregular operation.
Weiter wird vorgeschlagen, dass der digitale Zwilling eine, insbesondere die be reits genannte, Steuer- oder Regeleinheit des Brennstoffzellensystems während eines, insbesondere des bereits genannten, irregulären Betriebszustands, insbe sondere während eines Kommissionierens und/oder eines Fehlerzustands, des Brennstoffzellensystems mit einzustellenden Betriebsparametern des Brennstoff zellensystems versorgt. Insbesondere kontrolliert der digitale Zwilling in dem irre gulären Betriebszustand das Brennstoffzellensystem via der Steuer- oder Re geleinheit. Vorzugsweise werden in dem irregulären Zustand die mit der Sen soreinheit erfassten Betriebsparameter, insbesondere nur, an den digitalen Zwil ling übermittelt. Insbesondere wertet der digitale Zwilling die erfassten Betriebs parameter aus, bevor die Steuer- oder Regeleinheit die erfassten Betriebspara- meter zu einer Steuerung oder Regelung des Brennstoffzellensystems verwen det. Die erfassten Betriebsparameter können von dem digitalen Zwilling an die Steuer- oder Regeleinheit weitergeleitet werden oder von der Sensoreinheit an die Steuer- oder Regeleinheit übermittelt werden und von dem digitalen Zwilling freigegeben werden. Der digitale Zwilling gibt der Steuer- oder Regeleinheit in dem irregulären Zustand vorzugsweise einen Sollwert, eine Anpassung eines aktuellen Sollwerts und/oder eine Toleranzabweichung von dem Sollwert vor, insbesondere um den irregulären Betriebszustand in den regulären Betriebszu stand zu überführen. Der digitale Zwilling kann die einzustellenden Betriebspa rameter als Einzeleingriff in die Steuerung oder Regelung der Steuer- oder Re geleinheit punktuell oder zur Vorgabe eines Verlaufs kontinuierlich oder in regel mäßigen Abständen vorgeben. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vorteilhaft schnell auf einen Fehlerzustand des Brennstoffzellensystems reagiert werden. Insbesondere kann eine Kommissionierungszeitspanne des Brennstoff zellensystems vorteilhaft kurz gehalten werden. It is also proposed that the digital twin, in particular the already mentioned, control or regulating unit of the fuel cell system during an, in particular the already mentioned, irregular operating state, in particular during commissioning and/or an error state, of the fuel cell system with operating parameters to be set fuel cell system supplied. In particular, the digital twin controls the fuel cell system via the control or regulating unit in the irregular operating state. In the irregular state, the operating parameters recorded with the sensor unit are preferably transmitted, in particular only, to the digital twin. In particular, the digital twin evaluates the recorded operating parameters before the control or regulation unit uses the recorded operating parameters meter used to control or regulate the fuel cell system. The detected operating parameters can be forwarded by the digital twin to the control or regulation unit or can be transmitted from the sensor unit to the control or regulation unit and released by the digital twin. In the irregular state, the digital twin preferably specifies a target value, an adjustment of a current target value and/or a tolerance deviation from the target value for the control or regulation unit, in particular in order to convert the irregular operating state into the regular operating state. The digital twin can specify the operating parameters to be set as an individual intervention in the control or regulation of the control or regulation unit selectively or continuously or at regular intervals to specify a course. Due to the configuration according to the invention, it is advantageously possible to react quickly to an error state in the fuel cell system. In particular, an order-picking period of time for the fuel cell system can advantageously be kept short.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der digitale Zwilling während eines, insbesonde re des bereits genannten, regulären Betriebszustands des Brennstoffzellensys tems das Brennstoffzellensystem bezüglich Anomalien in erfassten Betriebspa rametern des Brennstoffzellensystems überwacht. In dem regulären Betriebszu stand werden die mit der Sensoreinheit erfassten Betriebsparameter zu einer Steuerung oder Regelung direkt an die Steuer- oder Regeleinheit übermittelt. In dem regulären Betriebszustand werden die mit der Sensoreinheit erfassten Be triebsparameter an den digitalen Zwilling übermittelt. In dem regulären Betriebs zustand vergleicht der digitale Zwilling die erfassten Betriebsparameter mit dem Grundmodell, mit einem von dem digitalen Zwilling protokolierten Verlauf der er fassten Betriebsparameter, in der Datenbank hinterlegten Grenzwerten für den Betriebsparameter oder dergleichen, um eine Anomalie in den erfassten Be triebsparametern zu erkennen. Eine Anomalie ist insbesondere ein von einem vorgesehenen Verhalten abweichender Wert oder Verlauf des erfassten Be triebsparameters. Insbesondere kann eine Anomalie als Wertversatz, als Abwan dern, als Oszillieren, als fehlende Abhängigkeit von einem weiteren Betriebspa rameter, als verzögerte Änderung gegenüber einem Einstellungswechsel durch die Steuer- oder Regeleinheit oder dergleichen ausgeprägt sein. Vorzugsweise greift der digitale Zwilling nicht in die Steuerung oder Regelung der Steuer- oder Regeleinheit ein, solange er keine Anomalie erkennt. Durch die erfindungsgemä ße Ausgestaltung kann vorteilhaft frühzeitig ein Fehlerzustand des Brennstoffzel lensystems erkannt werden. Insbesondere kann ein Aufwand, der von dem digi talen Zwilling betrieben wird, vorteilhaft gering gehalten werden. Insbesondere kann das Verfahren vorteilhaft einfach, energieeffizient und/oder zeiteffizient ge halten werden. It is also proposed that the digital twin monitors the fuel cell system for anomalies in detected operating parameters of the fuel cell system during one, in particular the already mentioned, regular operating state of the fuel cell system. In the regular operating state, the operating parameters detected by the sensor unit are transmitted directly to the control or regulation unit for control or regulation. In the regular operating state, the operating parameters recorded with the sensor unit are transmitted to the digital twin. In the regular operating state, the digital twin compares the recorded operating parameters with the basic model, with a history of the recorded operating parameters logged by the digital twin, with limit values for the operating parameters stored in the database, or the like, in order to identify an anomaly in the recorded operating parameters . An anomaly is, in particular, a value or profile of the detected operating parameter that deviates from an intended behavior. In particular, an anomaly can be pronounced as a value offset, as a deviation, as oscillation, as a lack of dependency on another operating parameter, as a delayed change compared to a change in setting by the control or regulation unit or the like. The digital twin preferably does not intervene in the control or regulation of the control or control unit as long as it does not detect an anomaly. Due to the configuration according to the invention, an error state of the fuel cell system can advantageously be detected at an early stage. In particular, the effort involved in the digital twin can advantageously be kept low. In particular, the method can advantageously be kept simple, energy-efficient and/or time-efficient.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der digitale Zwilling eine Steuer- oder Regeleinheit des Brennstoffzellensystems bei einem Erkennen einer Anomalie in erfassten Betriebsparametern des Brennstoff zellensystems in einen Fehlerdiagnosezustand versetzt. Insbesondere wechselt der digitale Zwilling beim Erkennen einer Anomalie in das komplexe Modell. Der Fehlerdiagnosezustand ist dazu vorgesehen, denjenigen Fehlerzustand des Brennstoffzellensystems zu identifizieren, der zu der Anomalie geführt hat. Vor zugsweise gibt der digitale Zwilling zu dem Fehlerdiagnosezustand gezielt Be triebsparameteränderungen vor, um den Fehlerzustand zu identifizieren. Im All gemeinen ist eine Betriebsparameteränderung in dem Fehlerdiagnosezustand nicht dazu vorgesehen, zu dem regulären Betriebszustand zurückzukehren. Ins besondere gibt der digitale Zwilling zu einer Fehlerdiagnose in zumindest einem Verfahrensschritt einzustellende Betriebsparameter vor, bei denen kein regulärer Betriebszustand möglich ist. Optional gibt der digitale Zwilling zu einer Fehlerdi agnose erst solche Betriebsparameteränderungen vor, bei denen ein regulärer Betriebszustand möglich ist. Ergibt die Fehlerdiagnose, dass der Fehlerzustand durch eine Betriebsparameteranpassung behoben werden kann, kann der digita le Zwilling nach der abgeschlossenen Fehlerdiagnose optional eine Rückkehr in den regulären Betriebszustand veranlassen. Alternativ oder zusätzlich gibt der digitale Zwilling ein Ergebnis der Fehlerdiagnose aus, speichert es in der Daten bank und/oder verständigt einen Wartungsdienst. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können Fehlerzustände des Brennstoffzellensystems vorteilhaft zuverlässig identifiziert werden. Furthermore, it is proposed that in at least one method step the digital twin puts a control or regulating unit of the fuel cell system into an error diagnosis state when an anomaly is detected in the operating parameters of the fuel cell system. In particular, the digital twin switches to the complex model when an anomaly is detected. The fault diagnosis state is intended to identify that fault state of the fuel cell system that led to the anomaly. The digital twin preferably specifies operating parameter changes for the fault diagnosis state in order to identify the fault state. In general, an operating parameter change in the fault diagnosis state is not intended to return to the regular operating state. In particular, the digital twin specifies operating parameters to be set for a fault diagnosis in at least one method step, in which a regular operating state is not possible. Optionally, the digital twin only specifies such operating parameter changes for a fault diagnosis where a regular operating state is possible. If the error diagnosis shows that the error status can be remedied by adjusting the operating parameters, the digital twin can optionally initiate a return to the regular operating status after the error diagnosis has been completed. Alternatively or additionally, the digital twin outputs a result of the error diagnosis, saves it in the database and/or notifies a maintenance service. Due to the configuration according to the invention, error states of the fuel cell system can advantageously be reliably identified.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der digitale Zwilling eine Steuer- oder Regeleinheit des Brennstoffzellensystems bei einem Erkennen einer Anomalie in erfassten Betriebsparametern des Brennstoff zellensystems in einen Fehlerkompensierungszustand versetzt. Insbesondere ändert der digitale Zwilling in dem Fehlerkompensierungszustand eine Einstel lung der Steuer- oder Regeleinheit, um in einen stabilen Betriebszustand, insbe sondere den regulären Betriebszustand, zurückzukehren. Einstellungen der Steuer- oder Regeleinheit umfassen beispielsweise einen Grenzwert und/oder einen Toleranzwert für den Betriebsparameter und/oder einen Steuer- oder Re gelparameter, insbesondere eine Regelempfindlichkeit und/oder ein relatives Verhältnis von verschiedenen Regelgliedern der Steuer- oder Regeleinheit zuei nander. Vorzugsweise erhöht der digitale Zwilling in dem Fehlerkompensierungs zustand eine von der Steuer- oder Regeleinheit einstellbare Wertespanne für den Betriebsparameter gegenüber dem regulären Betriebszustand. Führt der Fehler kompensierungszustand nicht zu einer Rückkehr zu einem stabilen Betriebszu stand, insbesondere den regulären Betriebszustand, löst der digitale Zwilling vor zugsweise den Fehlerdiagnosezustand aus. Optional protokolliert der digitale Zwilling bei einer erfolgreichen Fehlerkompensierung die Betriebsparameterän derung, die zum Erfolg geführt hat, insbesondere zu einer späteren Wiederver wendung. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein regulärer Betrieb vorteilhaft lange, insbesondere ohne Bedienereingriff, aufrechterhalten werden. Furthermore, it is proposed that in at least one method step the digital twin puts a control or regulation unit of the fuel cell system into an error compensation state when an anomaly in detected operating parameters of the fuel cell system is detected. In particular the digital twin changes a setting of the control or regulation unit in the error compensation state in order to return to a stable operating state, in particular the regular operating state. Settings of the control or regulation unit include, for example, a limit value and/or a tolerance value for the operating parameter and/or a control or regulation parameter, in particular a control sensitivity and/or a relative ratio of various control elements of the control or regulation unit to one another. In the error compensation state, the digital twin preferably increases a range of values for the operating parameter that can be set by the control or regulation unit compared to the regular operating state. If the error compensation state does not lead to a return to a stable operating state, in particular the regular operating state, the digital twin preferably triggers the error diagnostic state. In the event of successful error compensation, the digital twin optionally logs the operating parameter change that led to success, in particular to subsequent reuse. Due to the configuration according to the invention, regular operation can advantageously be maintained for a long time, in particular without operator intervention.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass der digitale Zwilling in zumindest einem Verfahrensschritt, insbesondere regelmäßig, eine, insbesondere die bereits ge nannte, Steuer-oder Regeleinheit des Brennstoffzellensystems in einen Testzu stand versetzt. Insbesondere führt die Steuer- oder Regeleinheit in dem Testzu stand eine definierte Änderung des Betriebsparameters aus, beispielsweise mit einem rechteckförmigen, dreiecksförmigen, sinusförmigen Werteverlauf oder dergleichen. Der digitale Zwilling protokolliert eine Reaktion des Brennstoffzellen systems auf die Änderung. Insbesondere analysiert der digitale Zwilling die Reak tion, um einen bislang nicht erkannten Fehlerzustand, beispielsweise aufgrund von Verschleiß, zu erfassen. Optional passt der digitale Zwilling basierend auf der Reaktion einen Sollwert zumindest eines Betriebsparameters für einen regu lären Betriebszustand an. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein aktueller Zustand des Brennstoffzellensystems erfasst und digital protokolliert werden. Insbesondere kann der digitale Zwilling vorteilhaft an den aktuellen Zu stand angepasst werden, bevor das Brennstoffzellensystem in einen Fehlerzu stand fällt. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der digitale Zwilling in einem irregulären Be triebszustand des Brennstoffzellensystems eine zusätzliche Steuer- oder Re geleinheit zu einer Steuerung oder Regelung externer Komponenten aktiviert. Unter „externen Komponenten“ sollen insbesondere Gerätschaften verstanden werden, welche nicht dauerhaft an dem Brennstoffzellensystem angeordnet sind und insbesondere zu einem Kommissionieren und/oder einem Warten des Brennstoffzellensystems an dieses vorübergehend angekoppelt werden. Beispie le für externe Komponenten umfassen ein Gasanalysegerät zu einer Analyse des Brennstoffs oder eines durch die Brennstoffzelleneinheit produzierten Abgases, eine Inertgasversorgungseinheit zu einem Fluten des Brennstoffzellensystems mit Inertgas, eine elektrische Heizung zu einem Temperieren des Brennstoffzel lensystems, insbesondere unabhängig von einer Brennstoffverwertung, eine wei tere Sensoreinheit zu einer Erfassung der Betriebsparameter an zusätzlichen Messstellen oder dergleichen. Insbesondere ist die zusätzliche Steuer- oder Re geleinheit dazu vorgesehen, die externen Komponenten gemäß einer Vorgabe durch den digitalen Zwilling einzustellen. Vorzugsweise fragt der digitale Zwilling, optional vermittelt über die zusätzliche Steuer- oder Regeleinheit, von den exter nen Komponenten erfasste Betriebsparameter von den externen Komponenten zu einem Hinterlegen in der Datenbank ab. Insbesondere schränkt der digitale Zwilling während des Kommissionierens einen Wertebereich der durch die Steu er- oder Regeleinheit und/oder die zusätzliche Steuer- oder Regeleinheit einzu stellenden Betriebsparameter in Abhängigkeit von den mit der Sensoreinheit oder den externen Komponenten erfassten Betriebsparametern iterativ ein und/oder passt diesen an, insbesondere solange bis ein regulärer Betriebszustand bei ei nem vorgegeben Betriebspunkt der Brennstoffzelleneinheit erreicht ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Kommissionierungszeitspanne vor teilhaft kurz gehalten werden. Insbesondere kann der digitale Zwilling zu einer Fehleranalyse oder zu einer Stabilisierung des regulären Betriebszustands auf vorteilhaft umfängliche Testdaten und Einstellungsdaten zugreifen. In addition, it is proposed that the digital twin, in at least one method step, in particular regularly, puts a control or regulating unit, in particular the one already mentioned, of the fuel cell system into a test state. In particular, the control or regulation unit carries out a defined change in the operating parameter in the test state, for example with a rectangular, triangular, sinusoidal value curve or the like. The digital twin logs a reaction of the fuel cell system to the change. In particular, the digital twin analyzes the reaction in order to detect a previously undetected fault condition, for example due to wear. Optionally, based on the response, the digital twin adjusts a target value of at least one operating parameter for a regular operating state. Due to the configuration according to the invention, a current state of the fuel cell system can be recorded and digitally logged. In particular, the digital twin can advantageously be adapted to the current state before the fuel cell system falls into an error state. Furthermore, it is proposed that the digital twin activates an additional control or regulating unit for controlling or regulating external components when the fuel cell system is in an irregular operating state. “External components” should be understood to mean, in particular, equipment that is not permanently arranged on the fuel cell system and, in particular, is temporarily coupled to the fuel cell system for commissioning and/or maintenance of the latter. Examples of external components include a gas analysis device for analyzing the fuel or an exhaust gas produced by the fuel cell unit, an inert gas supply unit for flooding the fuel cell system with inert gas, an electric heater for controlling the temperature of the fuel cell system, in particular independently of fuel utilization, a further Sensor unit for detecting the operating parameters at additional measuring points or the like. In particular, the additional control or regulating unit is provided to set the external components according to a specification by the digital twin. Preferably, the digital twin, optionally mediated via the additional control or regulation unit, queries operating parameters recorded by the external components from the external components for storage in the database. In particular, during order picking, the digital twin iteratively limits and/or adjusts a value range of the operating parameters to be set by the control or regulation unit and/or the additional control or regulation unit, depending on the operating parameters recorded with the sensor unit or the external components on, in particular until a regular operating state is reached at a predetermined operating point of the fuel cell unit. Due to the configuration according to the invention, an order-picking period can be kept short before geous. In particular, the digital twin can advantageously access extensive test data and setting data for error analysis or for stabilizing the regular operating state.
Weiter wird vorgeschlagen, dass der digitale Zwilling in zumindest einem Verfah rensschritt Daten von zumindest einem weiteren Brennstoffzellensystem abruft. Vorzugsweise ruft der digitale Zwilling die Daten mittels der Kommunikationsein heit ab. Der digitale Zwilling ruft die Daten beispielsweise von einer Zentraldaten bank, beispielsweise auf einem Internetserver oder einem lokalen Privatserver ab. Alternativ ruft der digitale Zwilling die Daten direkt von dem weiteren Brenn stoffzellensystem, insbesondere dessen digitalen Zwilling, ab. Insbesondere ruft der digitale Zwilling historische Betriebsdaten des weiteren Brennstoffzellensys tems ab, um zwischen einem regulären Betriebszustand, kompensierbaren Ano malien der Betriebsparameter und/oder eine Wartung notwendig machenden Anomalien der Betriebsparameter zu unterscheiden. Insbesondere ruft der digita le Zwilling zu kompensierbaren Anomalien die zur erfolgreichen Kompensierung getätigte Betriebsparameteränderung ab. Durch die erfindungsgemäße Ausge staltung kann dem digitalen Zwilling eine vorteilhaft große Datengrundlange zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere kann der digitale Zwilling Daten von ähnlichen, insbesondere baugleichen, Brennstoffzellensystemen und oder Brennstoffzellensystemen mit bauglichen Bauteilen verarbeiten. It is also proposed that the digital twin retrieves data from at least one additional fuel cell system in at least one procedural step. The digital twin preferably retrieves the data using the communication unit. For example, the digital twin retrieves the data from a central database, for example on an Internet server or a local private server away. Alternatively, the digital twin retrieves the data directly from the other fuel cell system, in particular its digital twin. In particular, the digital twin calls up historical operating data of the further fuel cell system in order to distinguish between a regular operating state, compensable anomalies in the operating parameters and/or anomalies in the operating parameters that make maintenance necessary. In particular, the digital twin for compensable anomalies retrieves the operating parameter change made for successful compensation. The design according to the invention allows the digital twin to be provided with an advantageously large data base length. In particular, the digital twin can process data from similar, in particular structurally identical, fuel cell systems and/or fuel cell systems with structurally identical components.
Darüber hinaus wird ein Brennstoffzellensystem mit einer, insbesondere der be reits genannten, Recheneinheit zu einer Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen. Das Brennstoffzellensystem umfasst die Datenbank. Das Brennstoffzellensystem umfasst die Brennstoffzelleneinheit, die Versor gungseinheit, die Sensoreinheit und die Elektronikeinheit. Das Brennstoffzellen system umfasst die Steuer- oder Regeleinheit zu einer Steuerung oder Regelung der Versorgungseinheit, der Sensoreinheit und/oder der Elektronikeinheit. Das Brennstoffzellensystem umfasst optional die zusätzliche Steuer- oder Regelein heit zu einer Steuerung oder Regelung der externen Komponenten. Besonders bevorzugt ist die Steuer- oder Regeleinheit und die zusätzliche Steuer- oder Re geleinheit identisch. Insbesondere sind die Steuer- oder Regeleinheit und die zusätzliche Steuer- oder Regeleinheit durch dasselbe Bauteil des Brennstoffzel lensystems realisiert, wobei die Steuer- oder Regeleinheit und die zusätzliche Steuer- oder Regeleinheit insbesondere als verschiedene Betriebszustände die ses Bauteils implementiert sind, wobei ein Wechsel zwischen diesen Betriebszu ständen insbesondere von dem digitalen Zwilling gesteuert wird. Alternativ sind die Steuer- oder Regeleinheit und die zusätzliche Steuer- oder Regeleinheit durch zumindest zwei, insbesondere separate, Bauteile realisiert. Das Brenn stoffzellensystem umfasst die Kommunikationseinheit zu einem Datenaustausch zwischen der Recheneinheit, der Datenbank, Stellelementen der Versorgungs einheit, Stellelementen der Elektronikeinheit, der Steuer- oder Regeleinheit, der zusätzlichen Steuer- oder Regeleinheit, den externen Komponenten und/oder einem lokalen, regionalen und/oder globalen Netzwerk. Durch die erfindungsge mäße Ausgestaltung kann ein vorteilhaft einfaches Brennstoffzellensystem zur Implementierung eines digitalen Zwillings zur Verfügung gestellt werden, welcher sowohl irreguläre als auch reguläre Betriebszustände des Brennstoffzellensys tems abbilden kann. In addition, a fuel cell system with a computing unit, in particular the one already mentioned, is proposed for carrying out a method according to the invention. The fuel cell system includes the database. The fuel cell system includes the fuel cell unit, the supply unit, the sensor unit and the electronics unit. The fuel cell system includes the control or regulation unit for controlling or regulating the supply unit, the sensor unit and/or the electronic unit. The fuel cell system optionally includes the additional control or regulation unit for controlling or regulating the external components. The control or regulation unit and the additional control or regulation unit are particularly preferably identical. In particular, the control or regulation unit and the additional control or regulation unit are realized by the same component of the fuel cell system, the control or regulation unit and the additional control or regulation unit being implemented in particular as different operating states of this component, with a change between them Operating states is controlled in particular by the digital twin. Alternatively, the control or regulation unit and the additional control or regulation unit are implemented by at least two, in particular separate, components. The fuel cell system includes the communication unit for data exchange between the computing unit, the database, control elements of the supply unit, control elements of the electronics unit, the control or regulation unit, the additional control or regulation unit, the external components and/or a local, regional and/or global network. The configuration according to the invention makes it possible to provide an advantageously simple fuel cell system for implementing a digital twin, which can map both irregular and regular operating states of the fuel cell system.
Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder das erfindungsgemäße Brennstoff zellensystem sollen/soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können/kann das erfindungs gemäße Verfahren und/oder das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Ver fahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Gren zen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten. The method according to the invention and/or the fuel cell system according to the invention should/should not be limited to the application and embodiment described above. In particular, the method according to the invention and/or the fuel cell system according to the invention can/can have a number of individual elements, components and units as well as method steps that differs from a number specified here in order to fulfill a function described herein. In addition, in the value ranges specified in this disclosure, values lying within the stated limits should also be considered disclosed and can be used as desired.
Zeichnungen drawings
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Further advantages result from the following description of the drawing. In the drawings an embodiment of the invention is shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into further meaningful combinations.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, 1 shows a schematic representation of a fuel cell system according to the invention,
Fig. 2 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens und 2 shows a schematic flow diagram of a method according to the invention and
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Betriebspa rameterverlaufs im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 shows a schematic representation of an exemplary operating parameter profile in the course of the method according to the invention.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Figur 1 zeigt ein Brennstoffzellensystem 12. Das Brennstoffzellensystem 12 um fasst eine Recheneinheit 36 zu einer Durchführung eines Verfahrens 10, welches in Figur 2 dargestellt ist. Das Brennstoffzellensystem 12 umfasst zumindest eine Brennstoffzelleneinheit 42. Das Brennstoffzellensystem 12 umfasst zumindest eine Versorgungseinheit 44 zu einer Handhabung von Betriebsfluiden des Brennstoffzellensystems 12. Vorzugsweise umfasst das Brennstoffzellensystem 12 eine Elektronikeinheit 45 zu einem Abgriff einer elektrischen Zellspannung und/oder eines elektrischen Zellstroms von der Brennstoffzelleneinheit 42 und/oder zu einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheit 42 mit einer elektri schen Zellspannung und/oder einem elektrischen Zellstrom. Das Brennstoffzel lensystem 12 umfasst zumindest eine Sensoreinheit 46 zu einer Erfassung von Betriebsparametern 24 (vgl. Figuren 2 und 3) des Brennstoffzellensystems 12. Das Brennstoffzellensystem 12 umfasst eine Steuer- oder Regeleinheit 20. Opti onal umfasst das Brennstoffzellensystem 12 eine zusätzliche Steuer- oder Re geleinheit 22, 22’ zu einem Steuern oder Regeln von externen Komponenten 34. Bevorzugt ist die Steuereinheit 20 zusätzlich als zusätzliche Steuereinheit 22 ausgebildet. Alternativ ist die zusätzliche Steuereinheit 22’ als von der Steuerein heit 20 separates Bauteil ausgebildet. Das Brennstoffzellensystem 12 umfasst eine Datenbank 38, welche zusammen mit der Recheneinheit 36 zu einer Imple mentierung eines digitalen Zwillings 14 des Brennstoffzellensystems 12 vorgese hen sind. Vorzugsweise umfasst das Brennstoffzellensystem 12 zumindest eine Kommunikationseinheit 40 zu einem Datenaustausch zwischen dem digitalen Zwilling 14, der Steuer - oder Regeleinheit 20, der zusätzlichen Steuer- oder Regeleinheit 22, 22’, der Sensoreinheit 46, der externen Komponente 34, einem Stellelement der Versorgungseinheit 44, beispielsweise einem Ventil, einem Ver dichtermotor, einem elektrischen Heizelement, oder dergleichen, und/oder einem Stellelement der Elektronikeinheit 45, beispielsweise einer Transistorschaltung, einem regelbaren Widerstand, einer Spannungsquelle oder dergleichen. Description of the embodiment FIG. 1 shows a fuel cell system 12. The fuel cell system 12 includes a computing unit 36 for carrying out a method 10, which is shown in FIG. The fuel cell system 12 comprises at least one fuel cell unit 42. The fuel cell system 12 comprises at least one supply unit 44 for handling operating fluids of the fuel cell system 12. The fuel cell system 12 preferably comprises an electronics unit 45 for tapping an electrical cell voltage and/or an electrical cell current from the fuel cell unit 42 and/or to supply the fuel cell unit 42 with an electrical cell voltage and/or an electrical cell current. The fuel cell system 12 includes at least one sensor unit 46 for detecting operating parameters 24 (see FIGS. 2 and 3) of the fuel cell system 12. The fuel cell system 12 includes a control or regulating unit 20. Optionally, the fuel cell system 12 includes an additional control or re gel unit 22, 22' for controlling or regulating external components 34. The control unit 20 is preferably also designed as an additional control unit 22. Alternatively, the additional control unit 22 ′ is in the form of a component that is separate from the control unit 20 . The fuel cell system 12 includes a database 38 which, together with the computing unit 36 , is provided for implementing a digital twin 14 of the fuel cell system 12 . The fuel cell system 12 preferably comprises at least one communication unit 40 for data exchange between the digital twin 14, the control or regulation unit 20, the additional control or regulation unit 22, 22', the sensor unit 46, the external component 34, an actuating element of the supply unit 44 , For example a valve, a compressor motor, an electric heating element, or the like, and/or an actuating element of the electronics unit 45, for example a transistor circuit, an adjustable resistor, a voltage source or the like.
Figur 2 zeigt das Verfahren 10. Das Verfahren 10 ist zum Betrieb des Brennstoff zellensystems 12 vorgesehen. Das Brennstoffzellensystem 12 wird in Abhängig keit von dem systemspezifischen digitalen Zwilling 14 kontrolliert. Der digitale Zwilling 14 bildet das Brennstoffzellensystem 12 in einem Abbildungsschritt 48 des Verfahrens 10 ab. Der digitale Zwilling 14 kontrolliert in zumindest zwei ver schiedenen aktiven Betriebszuständen 16, 18 des Brennstoffzellensystems 12 das Brennstoffzellensystem 12. Der digitale Zwilling 14 ruft in dem Abbildungs schritt 48 Daten von zumindest einem weiteren Brennstoffzellensystem ab. Der digitale Zwilling 14 stellt in zumindest einem Verfahrensschritt einen rechentech nischen Aufwand zum Abbilden des Brennstoffzellensystems 12 abhängig von einem aktuellen aktiven Betriebszustand 16, 18 des Brennstoffzellensystems 12 ein. Insbesondere überprüft der digitale Zwilling 14 in einer Betriebszustandser mittlung 54 des Verfahrens 10, ob sich das Brennstoffzellensystem 12 in einem regulären Betriebszustand 18 oder in einem irregulären Betriebszustand 16 be findet. Der digitale Zwilling 14 verwendet bei einem regulären Betriebszustand 18 ein Grundmodell, welches das Brennstoffzellensystem 12 abbildet. Der digitale Zwilling 14 verwendet bei einem irregulären Betriebszustand 16 ein komplexes Modell, welches das Brennstoffzellensystem 12 abbildet. Vorzugsweise stellt das Grundmodell eine Vereinfachung, insbesondere eine Näherung, des komplexen Modells dar. Insbesondere wertet der digitale Zwilling 14 in dem Abbildungs schritt 48 das Grundmodell oder das komplexe Modell mit den erfassten Be triebsparametern 24 aus und/oder vergleicht mit dem Grundmodell oder dem komplexen Modell ermittelte Erwartungswerte für die Betriebsparameter mit den erfassten Betriebsparametern 24. FIG. 2 shows the method 10. The method 10 is provided for operating the fuel cell system 12. The fuel cell system 12 is controlled as a function of the system-specific digital twin 14 . The digital twin 14 maps the fuel cell system 12 in a mapping step 48 of the method 10 . The digital twin 14 controls the fuel cell system 12 in at least two different active operating states 16, 18 the fuel cell system 12. In the mapping step 48, the digital twin 14 retrieves data from at least one other fuel cell system. In at least one method step, the digital twin 14 sets a computational effort for mapping the fuel cell system 12 depending on a current active operating state 16, 18 of the fuel cell system 12. In particular, the digital twin 14 checks in an operating state determination 54 of the method 10 whether the fuel cell system 12 is in a regular operating state 18 or in an irregular operating state 16 . In a regular operating state 18 , the digital twin 14 uses a basic model that maps the fuel cell system 12 . In the event of an irregular operating state 16 , the digital twin 14 uses a complex model which depicts the fuel cell system 12 . The basic model preferably represents a simplification, in particular an approximation, of the complex model. In particular, in the mapping step 48 the digital twin 14 evaluates the basic model or the complex model with the detected operating parameters 24 and/or compares it with the basic model or the complex one Model determined expected values for the operating parameters with the recorded operating parameters 24.
In einem Steuerungsermittlungsschritt 56 ermittelt der digitale Zwilling 14, ob er die Steuer- oder Regeleinheit 20 ansteuert und/oder die zusätzliche Steuer- oder Regeleinheit 22, 22’ aktiviert. Der digitale Zwilling 14 aktiviert in dem irregulären Betriebszustand 16 des Brennstoffzellensystems 12 die zusätzliche Steuer- oder Regeleinheit 22, 22’ zu einer Steuerung oder Regelung der externen Komponen ten 34. Der digitale Zwilling 14 versorgt die Steuer- oder Regeleinheit 20 und optional die zusätzliche Steuer- oder Regeleinheit 22, 22’ des Brennstoffzellen systems 12 während eines irregulären Betriebszustands 16 des Brennstoffzellen systems 12 mit einzustellenden Betriebsparametern 24 des Brennstoffzellensys tems 12. Insbesondere versorgt der digitale Zwilling 14 während eines Kommis- sionierens 60 des Brennstoffzellensystems 12 die Steuer- oder Regeleinheit 20 und/oder, sofern vorhanden, die zusätzliche Steuer- und Regeleinheit 22, 22’ mit einzustellenden Betriebsparametern 24. Optional übernimmt die zusätzliche Steuer- oder Regeleinheit 22, 22’ während des Kommissionierens die Aufgaben der Steuer- oder Regeleinheit 20. Insbesondere versorgt der digitale Zwilling 14 während eines Fehlerzustands des Brennstoffzellensystems 12 die Steuer- oder Regeleinheit 20 mit einzustellenden Betriebsparametern 24. In a control determination step 56, the digital twin 14 determines whether it controls the control or regulation unit 20 and/or activates the additional control or regulation unit 22, 22'. In the irregular operating state 16 of the fuel cell system 12, the digital twin 14 activates the additional control or regulation unit 22, 22' for controlling or regulating the external components 34. The digital twin 14 supplies the control or regulation unit 20 and optionally the additional tax - or control unit 22, 22' of the fuel cell system 12 during an irregular operating state 16 of the fuel cell system 12 with operating parameters 24 of the fuel cell system 12 to be set. In particular, the digital twin 14 supplies the control or regulating unit 20 during commissioning 60 of the fuel cell system 12 and/or, if present, the additional control and regulation unit 22, 22' with operating parameters 24 to be set. Optionally, the additional control or regulation unit 22, 22' takes over the tasks of the control or regulation unit 20 during order picking. In particular, the digital twin 14 during an error state of the fuel cell system 12, the control or regulating unit 20 with operating parameters 24 to be set.
Die Steuer- oder Regeleinheit 20 steuert oder regelt in dem regulären Betriebs zustand 18 in einem Steuer- oder Regelschritt 50 die Versorgungseinheit 44 und/oder die Elektronikeinheit 45, insbesondere um einen vorgegebenen Be triebspunkt der Brennstoffzelleneinheit 42 zu erreichen und/oder zu halten. Vor zugsweise verwertet die Steuer- oder Regeleinheit 20 die von der Sensoreinheit 46 und/oder den externen Komponenten 34 in einem Erfassungsschritt 52 des Verfahrens 10 erfassten Betriebsparameter 24, um den Betriebspunkt der Brenn stoffzelleneinheit 42 zu erreichen und/oder zu halten. Insbesondere steuert oder regelt die zusätzliche Steuer- oder Regeleinheit 22, 22’ in einem weiteren Steuer oder Regelschritt 58 die externe Komponente 34, um den Betriebspunkt der Brennstoffzelleneinheit 42 zu erreichen und/oder zu halten. Der digitale Zwilling 14 überwacht während eines regulären Betriebszustands 18 des Brennstoffzel lensystems 12 das Brennstoffzellensystem 12 bezüglich Anomalien 26 (vgl. Figur 3) in den erfassten Betriebsparametern 24 des Brennstoffzellensystems 12. In the regular operating state 18, the control or regulating unit 20 controls or regulates the supply unit 44 and/or the electronics unit 45 in a control or regulating step 50, in particular in order to achieve and/or maintain a predetermined operating point of the fuel cell unit 42. The control or regulating unit 20 preferably evaluates the operating parameters 24 detected by the sensor unit 46 and/or the external components 34 in a detection step 52 of the method 10 in order to reach and/or maintain the operating point of the fuel cell unit 42 . In particular, the additional control or regulation unit 22, 22' controls or regulates the external component 34 in a further control or regulation step 58 in order to reach and/or maintain the operating point of the fuel cell unit 42. During a regular operating state 18 of the fuel cell system 12, the digital twin 14 monitors the fuel cell system 12 with regard to anomalies 26 (see FIG. 3) in the detected operating parameters 24 of the fuel cell system 12.
In dem Steuerungsermittlungsschritt 56 versetzt der digitale Zwilling 14 die Steu er- oder Regeleinheit 20 des Brennstoffzellensystems 12 bei einem Erkennen einer Anomalie 26 in den erfassten Betriebsparametern 24 des Brennstoffzellen systems 12 in einen Fehlerkompensierungszustand 30. Insbesondere ändert der digitale Zwilling 14 in dem Fehlerkompensierungszustand 30 Steuer- oder Regel parameter der Steuer- oder Regeleinheit 20, um den regulären Betriebszustand 18 wiederherzustellen. In dem Steuerungsermittlungsschritt 56, insbesondere nach einer erfolglosen Fehlerkompensierung, versetzt der digitale Zwilling 14 die Steuer- oder Regeleinheit 20 des Brennstoffzellensystems 12 bei einem Erken nen einer Anomalie 26 in den erfassten Betriebsparametern 24 des Brennstoff zellensystems 12 in einen Fehlerdiagnosezustand 28. Insbesondere steuert oder regelt die Steuer- oder Regeleinheit 20 in dem regulären Fehlerdiagnosezustand 28 in dem Steuer- oder Regelschritt 50 die Versorgungseinheit 44 und/oder die Elektronikeinheit 45, um eine mögliche Fehlerquelle zu identifizieren, insbeson dere zumindest einzuschränken, insbesondere ohne Berücksichtigung des vor gegebenen Betriebspunkts der Brennstoffzelleneinheit 42. Der digitale Zwilling 14 versetzt in dem Steuerungsermittlungsschritt 56, insbesondere regelmäßig, die Steuer- oder Regeleinheit 20 des Brennstoffzellensystems 12 in einen Testzu stand 32. Insbesondere steuert oder regelt die Steuer- oder Regeleinheit 20 in dem Testzustand 32 in dem Steuer- oder Regelschritt 50 die Versorgungseinheit 44 und/oder die Elektronikeinheit 45, um eine definierte Änderung in zumindest einem der Betriebsparameter 24 herbeizuführen, insbesondere sodass der digita le Zwilling 14 eine Reaktion des Brennstoffzellensystems 12 auf die Änderung analysieren kann. In the control determination step 56, the digital twin 14 puts the control or regulating unit 20 of the fuel cell system 12 into an error compensation state 30 when an anomaly 26 is detected in the detected operating parameters 24 of the fuel cell system 12. In particular, the digital twin 14 changes control in the error compensation state 30 - Or control parameters of the control or regulation unit 20 to restore the regular operating state 18. In the control determination step 56, in particular after an unsuccessful error compensation, the digital twin 14 puts the control or regulation unit 20 of the fuel cell system 12 in a detection of an anomaly 26 in the detected operating parameters 24 of the fuel cell system 12 in a fault diagnosis state 28. In particular controls or regulates the control or regulation unit 20 in the regular fault diagnosis state 28 in the control or regulation step 50 the supply unit 44 and/or the electronics unit 45 in order to identify a possible source of error, in particular at least to limit it, in particular without taking into account the specified operating point of the fuel cell unit 42 The digital twin 14 offsets in the control determination step 56, in particular regularly, the Control or regulating unit 20 of the fuel cell system 12 into a test state 32. In particular, the control or regulating unit 20 in the test state 32 controls or regulates the supply unit 44 and/or the electronics unit 45 in the control or regulating step 50 in order to make a defined change in bring about at least one of the operating parameters 24, in particular so that the digital le twin 14 can analyze a reaction of the fuel cell system 12 to the change.
Figur 3 zeigt einen Verlauf des Betriebsparameters 24, beispielsweise eine von der Brennstoffzelleneinheit 42 erzeugte elektrische Leistung, in Abhängigkeit von einer Zeit 62. Insbesondere ist die Steuer- oder Regeleinheit 20 dazu vorgese hen, den Betriebsparameter 24 auf einen Sollwert 64 zu bringen und/oder zu halten. In dem Testzustand 32 gibt der digitale Zwilling 14 der Steuer- oder Re geleinheit 20 eine definierte Änderung des Betriebsparameters 24 vor und analy- siert eine Reaktion des Brennstoffzellensystems 12 auf die Änderung, insbeson dere um einen Verschleiß des Brennstoffzellensystems 12 und/oder eine not wendige Wartung des Brennstoffzellensystems 12 zu erkennen. Bei Erfassung einer Anomalie 26 des Betriebsparameters 24 ändert der digitale Zwilling 14 die der Steuer- oder Regeleinheit 20 vorgegebenen Betriebsparametergrenzwerte, um der Steuer- oder Regeleinheit 20 mehr Spielraum zu einer Rückführung desFigure 3 shows a profile of the operating parameter 24, for example an electrical power generated by the fuel cell unit 42, as a function of a time 62. In particular, the control or regulating unit 20 is provided to bring the operating parameter 24 to a setpoint value 64 and/or to keep. In the test state 32, the digital twin 14 of the control or regulating unit 20 specifies a defined change in the operating parameter 24 and analyzes a reaction of the fuel cell system 12 to the change, in particular wear of the fuel cell system 12 and/or a necessary one Maintenance of the fuel cell system 12 to recognize. When an anomaly 26 of the operating parameter 24 is detected, the digital twin 14 changes the operating parameter limit values specified for the control or regulation unit 20 in order to give the control or regulation unit 20 more leeway to return the
Brennstoffzellensystems 12 in den regulären Betriebszustand 18 zu gewähren. Grant fuel cell system 12 in the regular operating mode 18.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems, wobei das Brenn stoffzellensystem in Abhängigkeit von einem systemspezifischen digitalen Zwilling (14) kontrolliert wird, der das Brennstoffzellensystem abbildet, dadurch gekennzeichnet, dass der digital Zwilling (14) in zumindest zwei verschiedenen aktiven Betriebszuständen (16, 18) des Brennstoffzellensys tems das Brennstoffzellensystem kontrolliert. 1. A method for operating a fuel cell system, the fuel cell system being controlled as a function of a system-specific digital twin (14) which maps the fuel cell system, characterized in that the digital twin (14) is active in at least two different operating states (16, 18 ) of the fuel cell system controls the fuel cell system.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der digitale Zwilling (14) in zumindest einem Verfahrensschritt einen rechentechni schen Aufwand zum Abbilden des Brennstoffzellensystems abhängig von dem aktuellen aktiven Betriebszustand (16, 18) des Brennstoffzellensys tems einstellt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the digital twin (14) in at least one method step sets a computational effort for mapping the fuel cell system depending on the current active operating state (16, 18) of the fuel cell system.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der digitale Zwilling (14) eine Steuer- oder Regeleinheit (20, 22, 22’) des Brennstoffzellensystems während eines irregulären Betriebszustands (16), insbesondere während eines Kommissionierens (60) und/oder eines Fehlerzustands, des Brennstoffzellensystems mit einzustellenden Betriebs parametern (24) des Brennstoffzellensystems versorgt. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the digital twin (14) a control or regulating unit (20, 22, 22 ') of the fuel cell system during an irregular operating state (16), in particular during an order picking (60) and / or an error condition, the fuel cell system with operating parameters to be set (24) supplied to the fuel cell system.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der digitale Zwilling (14) während eines regulären Betriebs zustands (18) des Brennstoffzellensystems das Brennstoffzellensystem be züglich Anomalien (26) in erfassten Betriebsparametern (24) des Brenn stoffzellensystems überwacht. 4. The method as claimed in one of the preceding claims, characterized in that the digital twin (14) monitors the fuel cell system during a regular operating state (18) of the fuel cell system with regard to anomalies (26) in detected operating parameters (24) of the fuel cell system.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der digitale Zwilling (14) eine Steuer- oder Regeleinheit (20, 22, 22’) des Brennstoffzellensys tems bei einem Erkennen einer Anomalie (26) in erfassten Betriebsparame tern (24) des Brennstoffzellensystems in einen Fehlerdiagnosezustand (28) versetzt. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in at least one method step the digital twin (14) a control or regulating unit (20, 22, 22 ') of the fuel cell system when detecting an anomaly (26) in detected operating parameters tern (24) of the fuel cell system in a fault diagnosis state (28).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der digitale Zwilling (14) eine Steuer- oder Regeleinheit (20, 22, 22’) des Brennstoffzellensys tems bei einem Erkennen einer Anomalie (26) in erfassten Betriebsparame tern (24) des Brennstoffzellensystems in einen Fehlerkompensierungszu- stand (30) versetzt. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in at least one method step the digital twin (14) a control or regulating unit (20, 22, 22 ') of the fuel cell system when detecting an anomaly (26) in detected operating parameters tern (24) of the fuel cell system in an error compensation state (30).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der digitale Zwilling (14) in zumindest einem Verfahrens schritt, insbesondere regelmäßig, eine Steuer-oder Regeleinheit (20, 22, 22’) des Brennstoffzellensystems in einen Testzustand (32) versetzt. 7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the digital twin (14) puts a control or regulating unit (20, 22, 22') of the fuel cell system into a test state (32) in at least one method step, in particular regularly .
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der digitale Zwilling (14) in einem irregulären Betriebszu stand (16) des Brennstoffzellensystems eine zusätzliche Steuer- oder Re geleinheit (22, 22’) zu einer Steuerung oder Regelung externer Komponen ten (34) aktiviert. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the digital twin (14) in an irregular operating state (16) of the fuel cell system has an additional control or regulating unit (22, 22') for controlling or regulating external components (34) enabled.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der digitale Zwilling (14) in zumindest einem Verfahrens schritt Daten von zumindest einem weiteren Brennstoffzellensystem abruft. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the digital twin (14) retrieves data from at least one further fuel cell system in at least one method step.
10. Brennstoffzellensystem mit einer Recheneinheit (36) zu einer Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 10. Fuel cell system with a computing unit (36) for carrying out a method according to any one of the preceding claims.
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