WO2009115243A1 - Kontrollverfahren für ein brennstoffzellensystem und brennstoffzellensystem - Google Patents

Kontrollverfahren für ein brennstoffzellensystem und brennstoffzellensystem Download PDF

Info

Publication number
WO2009115243A1
WO2009115243A1 PCT/EP2009/001837 EP2009001837W WO2009115243A1 WO 2009115243 A1 WO2009115243 A1 WO 2009115243A1 EP 2009001837 W EP2009001837 W EP 2009001837W WO 2009115243 A1 WO2009115243 A1 WO 2009115243A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
cell system
control method
idle state
fuel
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2009/001837
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Frieder Walz
Horst Michels
Patrick Bachinger
Jörg SCHÜTZ
Clemens BÖGERSHAUSEN
Meenakshi Sundaresan
Herbert Schulze
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.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Priority to JP2011500084A priority Critical patent/JP2011517015A/ja
Priority to US12/933,664 priority patent/US20110053015A1/en
Publication of WO2009115243A1 publication Critical patent/WO2009115243A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • 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
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • 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
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • 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
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a control method for a fuel cell system for supplying energy to a consumer, wherein the fuel cell system is designed to react a fuel with an oxidant, wherein the fuel cell system is switchable between a rest state and an operating state, and wherein the energy supply of the consumer at rest or for the most part completely done by an energy storage device.
  • the invention also relates to a fuel cell system for carrying out the control method.
  • Fuel cell systems are energy supply units which convert chemical energy into electrical energy via an electrochemical process.
  • fuel cell systems include one or more fuel cells having an anode region and a cathode region separated by a membrane. Through the anode region of the fuel, is passed through the cathode region of the oxidant, the membrane allows a proton migration between the areas and thus allows the reaction of the reactants to generate the electrical energy.
  • fuel cell systems in vehicles, estimates have shown that it is advantageous for achieving high energy efficiency, for example, to stop the electrochemical process during standby phases and to ensure the energy supply via an energy storage device.
  • Such fuel cell systems with energy storage devices are also referred to as hybrid systems.
  • document US 2007/0054165 A1 which is probably the closest prior art, describes a fuel cell system which can be switched over between an operating state in which the fuel cells produce energy for a drive train and a rest state in which the electrochemical process is deactivated is.
  • the document states that in the idle state, operating conditions may occur which deteriorate a restart of the fuel cell, which may result, for example, in a delay in power generation or a reduced voltage.
  • it is proposed to intermittently move the fuel cell system or fuel cells from the idle state to the normal operating state.
  • the invention is based on the object to propose a control method for a fuel cell system or a correspondingly designed fuel cell system, which has an improved strategy for controlling the fuel cell system at rest.
  • a control method for a fuel cell system is proposed, which is suitable and / or designed for a power supply of a consumer.
  • the concept of the consumer is preferably to be seen generally, wherein the consumer may also include a consumer system, in particular a vehicle with auxiliary consumers, such as turbomachines, lighting, etc., and one or more main consumers, such as a drive motor.
  • the fuel cell system is designed to react a fuel, preferably hydrogen, with an oxidant, preferably oxygen, in particular ambient air.
  • the fuel cell system is switchable between a rest state and an operating state.
  • the operating state is preferably selected when the load is switched to a main load, in particular when a vehicle as a consumer supplies the drive motor with energy.
  • the idle state the energy supply of the consumer is largely or even completely taken over by an energy storage device.
  • the power generation of the fuel cell system in the sleep state is smaller than the power generation in the running state.
  • Fuel cell system in particular the fuel cell is impaired.
  • it is proposed, in the idle state to actively move the oxidant and / or the fuel in the fuel cell system, in particular in the fuel cells.
  • This surprisingly simple measure can lead to a multiplicity of advantages: On the one hand, it is possible to avoid over-spreading the operating voltages of the different fuel cells in the fuel cell system by homogenizing the operating conditions with respect to the reactant distribution. Another possible advantage is that the reactant distribution in the fuel cell system is adjusted to allow for good or even optimal conditions for restarting or transitioning from the quiescent state to the operating state. Furthermore, it is possible to control the internal humidification of the fuel cells, in particular of the membranes.
  • the fuel cell system has a first turbomachine, which is preferably designed as a compressor device, which is arranged and / or designed for compressing and / or accelerating the oxidant.
  • the first turbomachine is preferably operated electrically, wherein the movement of the oxidant in the idle state is implemented by driving the first turbomachine.
  • the fuel cell system has a second turbomachine, which is designed and / or arranged for compressing and / or accelerating the fuel.
  • the movement of the fuel in the idle state by driving the second turbomachine takes place.
  • the second turbomachine is arranged in a recirculation branch of the anode gas supply, that is, in terms of flow, is connected in a feedback path between the anode output and the anode input.
  • a continuous ventilation of the fuel and / or the oxidant in the idle state - optionally with different delivery rates or speeds of the turbomachinery - performed.
  • the first and / or the second turbomachine in the idle state are operated only intermittently, pulsed and / or temporarily.
  • the first and / or the second turbomachine with a power and / or Speed and / or delivery rate are operated, which is less than the power or speed in the operating condition.
  • the reactant (s) is intentionally operated in order to compensate for the negative consequences of the quiescent state and at the same time not to burden the energy efficiency.
  • the rest state it is preferably provided that no energy conversion from chemical to electrical energy takes place.
  • a certain degree of energy conversion is unavoidable by the circulation, but it is preferably provided that the converted energy is not transmitted to the energy storage device and / or the consumer and / or that the power generated at rest less than 20%, preferably less than 10% and in particular less than 5% of the power, in particular the rated power or maximum line, in the operating state.
  • control method is designed for a fuel cell system which is designed as a mobile energy supply, preferably in a vehicle for supplying the drive train with drive energy.
  • the fuel cell system is switched to the idle state if one, any selection or all of the following conditions are met:
  • A The battery system is ready and has no fault.
  • B A fuel cell fault is not active, ie no fuel cell system malfunction.
  • the state of charge of the power supply device is greater than a state of charge limit, that is, the energy storage device is filled above the state of charge limit.
  • the power to an inverter, which converts the electric power of the fuel cell system in an alternating current to supply a main load is smaller than a first power value.
  • the current main load current is less than a first current limit, that is to say that of the main load, e.g. the powertrain of a vehicle, the power taken off is below a power limit.
  • the battery temperature is lower than a first temperature limit.
  • the coolant temperature is greater than a second temperature limit, that is, during the warm-up phase of the fuel cell system, this is not switched to the idle state, in order to achieve a sufficient operating temperature, for example, greater than 80 ° C.
  • the non-idle time is greater than a time limit, that is, the idle state is activated after a predefined wait interval.
  • J The speed of the first turbomachine is less than a speed limit.
  • K The speed of the vehicle is less than a given speed value.
  • the fuel cell system comprises a fuel cell device with at least one fuel cell, preferably more than 100 fuel cells, which are arranged in particular in stacks on. Furthermore, the fuel cell system comprises an energy storage device, which is designed for example as a rechargeable battery, accumulator or capacity. Preferably, the energy storage device is designed as a high voltage unit with a working voltage greater than 80 V, preferably greater than 100 V.
  • a control device is provided, which can optionally be designed as a separate control device or as an integral part of a higher-level control device.
  • the control device is designed in terms of programming and / or circuitry for controlling the fuel cell system according to the control method just described or according to one of the preceding claims.
  • the fuel cell system is preferably designed as a mobile fuel cell system, in particular for use in a vehicle for supplying the drive energy.
  • Figure 1 is a schematic block diagram of a fuel cell system as an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows the fuel cell system in FIG. 1 with further details in a similar representation
  • FIG. 3 is a schematic flow diagram illustrating a control method for controlling the fuel cell system according to FIGS. 1 and 2;
  • FIG. 4 is a schematic flowchart for a detailed explanation of step A 1 in FIG. 3;
  • FIG. 5 shows a schematic flow diagram for the detailed explanation of step A 7 in FIG. 3.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a fuel cell system which can be used, for example, for use in a vehicle for supplying energy to the drive train.
  • the fuel cell system includes a
  • Fuel cell stack 1 with a plurality of fuel cells, each fuel cell of the fuel cell stack 1 having an anode region Ia and a cathode region Ib.
  • the fuel cell system shows a hydrogen supply 2, which is formed for example as a hydrogen tank or a reformer and which supplies the anode regions Ia of the fuel cell stack 1 with hydrogen.
  • An oxidant supply 3 is designed to supply the cathode regions 1 b of the stack 1 with an oxidant, in particular ambient air.
  • the fuel cell system shows a cooling water supply 4.
  • a sensor unit 5 monitors the temperature of the cooling water.
  • the power outputs of the fuel cell stack 1 are connected on the one hand to a DC / DC converter 6 and in parallel to an inverter 9.
  • the DC / DC converter 6 converts the applied voltage of the fuel cell stack 1 and supplies an energy storage device in the form of a high voltage battery 7.
  • the DC / DC converter 6 and the high voltage battery 7 have a second cooling 8.
  • the electrical power of the fuel cell stack 1 is converted into alternating voltage or current, with which a drive motor 10 and auxiliary components - in summary designated by the reference numeral 11 - are supplied.
  • the high-voltage battery 7 is a second and / or alternative energy source for supplying the drive motor 10 and / or the auxiliary components 11
  • Fuel cell system is a control device 12 which receives state signals of the components of the fuel cell system as input variables and outputs control signals.
  • control device 12 receives state signals of the components of the fuel cell system as input variables and outputs control signals.
  • material flows ie in particular gas and liquid flows with solid lines Ll
  • electric power currents with coarse broken lines L2 and signal streams are shown with dotted lines L3.
  • FIG. 2 shows a more detailed illustration of the fuel cell system of FIG. 1, in particular of the auxiliary components 11.
  • a first auxiliary component in the form of a fan IIa is arranged in a recirculation branch, which returns unused fuel from the anode outlet to the anode inlet.
  • the fan IIa is driven by means of a motor IIb.
  • auxiliary component is the coolant pump 11c, which is driven by a motor Hd.
  • the air supply 3 has a compressor He, which is driven by an electric motor Hf.
  • step A1 shows a schematic flowchart of a method for controlling the fuel cell system in the preceding figures as an embodiment of the invention. After the start of the method, it is checked in step A1 whether the conditions explained in connection with FIG. 4, in particular completely, are met. In the event that these conditions are not met, the entry into a resting state of the fuel cell system is prevented according to step A2.
  • step A3 via the control device 12 ( Figure 2) at least the Compressor motor Hf set in a stop mode, that is, the rotational speed is reduced to zero revolution per minute.
  • the DC / DC converter 6 keeps the fuel cell stack 1 within a predetermined voltage range.
  • the lower limit of the voltage range is given by the limit, which is used by the auxiliary equipment of the vehicle and the fuel cell system, which are still in operation.
  • the DC / DC converter 6 is also used to set in the stop mode the voltage between the fuel cell stack 1 and the high voltage battery 7 so that the current of the fuel cell stack 1 zero amps or very close to zero amps, for example, less than 10 amps is.
  • step A5 it is judged whether a predetermined time interval has passed. If this interval has passed, an intermittent operation is started, whereby the compressor motor Hf is activated.
  • the delivery rate of the compressor motor Hf is increased to a low level, in particular to a level which is below the level in normal operation, and held according to step A6 for a predetermined time.
  • the power supply of the compressor motor 11 and the other auxiliary components 11 takes place during the idle state via the high-voltage battery 7. During the entire idle state of the fan motor Hb remains activated, but also at a reduced speed.
  • step A7 it is checked if abort conditions for canceling the sleep state exist.
  • FIG. 4 is a flow chart, in more detail, associated with a logical AND / AND Conditions shows which must all be met for the fuel cell system to go to sleep (step BlI). If only one of the conditions is not met, entry into the idle state according to step B12 is prevented.
  • step Bl it is checked
  • Fuel cell mode operates, that is, in which the only power supply is the fuel cell stack 1 and the traction battery 7 does not join the power supply, and
  • step B2 it is examined
  • step B3 it is examined
  • step B4 it is examined
  • step B5 it is examined
  • step B6 it is examined
  • step B7 it is examined
  • step B8 it is examined
  • step B9 it is examined
  • step BIO In step BIO must be examined
  • FIG. 5 shows in the form of a flowchart the steps which are necessary to terminate the idle state according to step A7 (FIG. 3).
  • the steps shown are linked together via a logical OR / OR, so that each of the steps can trigger a transition from the idle state to the operating state according to step C7. Otherwise, the fuel cell system remains at rest in step C8.
  • step C 1 it is examined
  • step C2 it is examined
  • step C3 it is examined - Whether the recorded electric power of the drive motor is greater than a predetermined value.
  • step C4 it is examined
  • step C5 it is examined
  • step C6 it is checked
  • the invention discloses, in possible embodiments, a control method which prevents an inadmissible spreading of the operating voltages of the individual fuel cells in damage-causing areas during idle operation and improves the restartability of the fuel cell system. This is achieved in that the supply of reactant gases and / or adequate humidification of the fuel cells is ensured in the idle mode or during idle operation.
  • a hydrogen accumulation is avoided by a forced circulation of the oxidant, preferably by means of the compressor.
  • it is possible to decompose condensate by the drying effect of the oxidant by or intermittent operation of the compressor.

Landscapes

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

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Kontrollverfahren für ein Brennstoff Zeilensystem bzw. ein entsprechend ausgeführtes Brennstoffzellensystem vorzuschlagen, welches eine verbesserte Strategie zur Kontrolle des Brennstoffzellensystems im Ruhezustand aufweist. Hierzu wird ein Kontrollverfahren für ein Brennstoffzellensystem zur Energieversorgung eines Verbrauchers vorgeschlagen, wobei das Brennstoffzellensystem zur Umsetzung eines Brennstoffes mit einem Oxidanten ausgebildet ist, wobei das Brennstoffzellensystem zwischen einem Ruhezustand und einem Betriebszustand umschaltbar ist, wobei die Energieversorgung des Verbrauchers in dem Ruhezustand zum größten Teil oder vollständig durch eine Energiespeichereinrichtung (7) erfolgt, und wobei in dem Ruhezustand der Brennstoff und/oder der Oxidant in dem Brennstoffzellensystem aktiv bewegt wird.

Description

Daimler AG
Kontrollverfahren für ein Brennstoffzellensystem und
BrennstoffZeilensystem
Die Erfindung betrifft ein Kontrollverfahren für ein Brennstoffzellensystem zur Energieversorgung eines Verbrauchers, wobei das Brennstoffzellensystem zur Umsetzung eines Brennstoffes mit einem Oxidanten ausgebildet ist, wobei das Brennstoffzellensystem zwischen einem Ruhezustand und einem Betriebszustand umschaltbar ist, und wobei die Energieversorgung des Verbrauchers im Ruhezustand zum größten Teil oder vollständig durch eine Energiespeichereinrichtung erfolgt. Die Erfindung betrifft auch ein Brennstoffzellensystem zur Ausführung des Kontrollverfahrens.
Brennstoffzellensysteme sind Energieversorgungseinheiten, welche über einen elektrochemischen Prozess chemische Energie in elektrische Energie wandeln. Üblicherweise umfassen Brennstoffzellensysteme eine oder mehrere Brennstoffzellen, welche einen Anodenbereich und einen Kathodenbereich aufweisen, die durch eine Membran voneinander getrennt sind. Durch den Anodenbereich wird der Brennstoff, durch den Kathodenbereich der Oxidant geleitet, wobei die Membran eine Protonenwanderung zwischen den Bereichen erlaubt und damit die Umsetzung der Reaktanden zur Generierung der elektrischen Energie ermöglicht. Bei dem Einsatz von BrennstoffZeilensystemen in Fahrzeugen haben Abschätzungen ergeben, dass es zur Erreichung einer hohen Energieeffizienz vorteilhaft ist, zum Beispiel bei Wartephasen den elektrochemischen Prozess zu stoppen und die Energieversorgung über eine Energiespeichereinrichtung zu gewährleisten. Derartige Brennstoffzellensysteme mit Energiespeichervorrichtungen werden auch als Hybridsysteme bezeichnet .
So beschreibt die Druckschrift US 2007/0054165 Al, die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, ein Brennstoffzellensystem, welches zwischen einem Betriebszustand, in dem die Brennstoffzellen Energie für einen Antriebsstrang produzieren, und ein Ruhezustand, in dem der elektrochemische Prozess deaktiviert ist, umschaltbar ist. In der Druckschrift wird festgestellt, dass es in dem Ruhezustand zu Betriebsbedingungen kommen kann, die ein Wiederstarten der Brennstoffzelle verschlechtern, wobei es beispielsweise zu einer Verzögerung bei der Energieerzeugung oder einer verringerten Spannung kommen kann. Als Gegenstrategie wird vorgeschlagen, das Brennstoffzellensystem bzw. die Brennstoffzellen intermittierend von dem Ruhezustand in den normalen Betriebszustands zu versetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Kontrollverfahren für ein Brennstoffzellensystem bzw. ein entsprechend ausgeführtes Brennstoffzellensystem vorzuschlagen, welches eine verbesserte Strategie zur Kontrolle des Brennstoffzellensystems im Ruhezustand aufweist .
Diese Aufgabe wird durch ein Kontrollverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird ein Kontrollverfahren für ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, welches für eine Energieversorgung eines Verbrauchers geeignet und/oder ausgebildet ist. Der Begriff des Verbrauchers ist vorzugsweise allgemein zu sehen, wobei der Verbraucher auch ein Verbrauchersystem, insbesondere ein Fahrzeug mit Nebenverbrauchern, wie zum Beispiel Strömungsmaschinen, Beleuchtung, etc. sowie einen oder mehrere Hauptverbraucher, wie zum Beispiel einen Antriebsmotor, umfassen kann.
Das Brennstoffzellensystem ist zur Umsetzung eines Brennstoffes, vorzugsweise Wasserstoff, mit einem Oxidanten, vorzugsweise Sauerstoff, insbesondere Umgebungsluft, ausgebildet .
Bevorzugt zur Steigerung der Energieeffizienz, aber auch aus anderen Gründen, ist das Brennstoffzellensystem zwischen einem Ruhezustand und einem Betriebszustand umschaltbar. Der Betriebszustand wird bevorzugt gewählt, wenn der Verbraucher auf eine Hauptlast geschaltet wird, insbesondere wenn ein Fahrzeug als Verbraucher den Antriebsmotor mit Energie versorgt. In dem Ruhezustand wird die Energieversorgung des Verbrauchers zum größten Teil oder sogar vollständig durch eine Energiespeichereinrichtung übernommen. Insgesamt ist die Energie- oder Leistungserzeugung des Brennstoffzellensystems in dem Ruhezustand kleiner als die Leistungserzeugung in dem Betriebszustand.
Der Erfindung folgend wird vorgeschlagen, dass in dem Ruhezustand der Brennstoff und/oder der Oxidant in dem Brennstoffzellensystem, insbesondere in den Brennstoffzellen, aktiv bewegt wird bzw. werden.
Es ist eine Überlegung der Erfindung, dass es in dem Ruhezustand zu Betriebszuständen des Brennstoffzellensystems, insbesondere der Brennstoffzellen, kommen kann, in denen die Wiederstartfähigkeit des Brennstoffzellensystems verschlechtert und/oder die Lebensdauer des
Brennstoffzellensystems, insbesondere der Brennstoffzellen, beeinträchtigt wird. Zur Vermeidung negativer Folgen des Ruhezustands wird in Abgrenzung zum bekannten Stand der Technik vorgeschlagen, in dem Ruhezustand den Oxidanten und/oder den Brennstoff aktiv in dem Brennstoffzellensystem, insbesondere in den Brennstoffzellen zu bewegen. Diese überraschend simple Maßnahme kann zu einer Vielzahl von Vorteilen führen: Zum einen ist es möglich, eine zu weite Spreizung der Betriebsspannungen der unterschiedlichen Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellensystem zu vermeiden, indem die Betriebsbedingungen hinsichtlich der Reaktandenverteilung homogenisiert werden. Ein weiterer möglicher Vorteil liegt darin, dass die Reaktandenverteilung in dem Brennstoffzellensystem so eingestellt wird, dass diese gute oder sogar optimale Bedingungen für ein Wiederstarten bzw. einen Übergang von dem Ruhezustand in den Betriebszustand ermöglicht. Ferner ist es möglich, die interne Befeuchtung der Brennstoffzellen, insbesondere der Membranen, zu steuern. Durch die aktive Bewegung eines oder beider Reaktanden werden Brennstoff-, insbesondere Wasserstoff-, Akkumulationen während dem Ruhezustand vermieden. Ein weiterer, optional nutzbarer Vorteil liegt darin, dass Kondensatbildung oder Kondensatsakkumulation in den Brennstoffzellen aufgrund eines Trocknungseffekts durch die Reaktandenbewegung, insbesondere durch die Oxidantenbewegung, vermieden wird. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Brennstoffzellensystem eine erste Strömungsmaschine auf, welche vorzugsweise als eine Kompressoreinrichtung ausgebildet ist, die zur Verdichtung und/oder Beschleunigung des Oxidanten angeordnet und/oder ausgebildet ist. Die erste Strömungsmaschine wird bevorzugt elektrisch betrieben, wobei die Bewegung des Oxidanten in dem Ruhezustand durch Ansteuerung der ersten Strömungsmaschine umgesetzt wird.
Bei einer Alternative oder Weiterbildung der Erfindung weist das Brennstoffzellensystem eine zweite Strömungsmaschine auf, welche zur Verdichtung und/oder Beschleunigung des Brennstoffes ausgebildet und/oder angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Bewegung des Brennstoffes in dem Ruhezustand durch Ansteuerung der zweiten Strömungsmaschine.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die zweite Strömungsmaschine in einem Rezirkulationszweig der Anodengasversorgung angeordnet ist, also strömungstechnisch in einer Rückführung zwischen dem Anodenausgang und dem Anodeneingang geschaltet ist.
Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung wird eine ständige Ventilation des Brennstoffs und/oder des Oxidanten in dem Ruhezustand - optional mit unterschiedlichen Förderraten oder Drehzahlen der Strömungsmaschinen - durchgeführt. Bei einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung werden die erste und/oder die zweite Strömungsmaschine in dem Ruhezustand nur intermittierend, gepulst und/oder temporär betrieben.
Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die erste und/oder die zweite Strömungsmaschine mit einer Leistung und/oder Drehzahl und/oder Förderrate betrieben werden, welche kleiner ist bzw. sind als die Leistung bzw. Drehzahl in dem Betriebszustand. Es wird also gezielt nur eine energiesparende reduzierte Umwälzung des oder der Reaktanden betrieben, um die negativen Folgen des Ruhezustands zu kompensieren und zugleich die Energieeffizienz nicht zu belasten.
In dem Ruhezustand ist vorzugsweise vorgesehen, dass keine Energiekonversion von chemischer in elektrischer Energie erfolgt. Bei abgewandelten Ausführungsformen ist es auch möglich, dass durch die Umwälzung ein gewisses Maß an Energiekonversion unvermeidbar ist, wobei jedoch vorzugsweise vorgesehen ist, dass die konvertierte Energie nicht an die Energiespeichervorrichtung und/oder dem Verbraucher übertragen wird und/oder dass die erzeugte Leistung im Ruhezustand kleiner als 20%, vorzugsweise kleiner als 10% und insbesondere kleiner als 5% der Leistung, insbesondere der Nennleistung oder Maximalleitung, in dem Betriebszustand ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Kontrollverfahren für ein Brennstoffzellensystem ausgebildet, welches als mobile Energieversorgung, vorzugsweise in einem Fahrzeug zur Versorgung des Antriebsstrangs mit Antriebsenergie, ausgebildet ist.
Bei einer steuerungstechnischen Umsetzung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Brennstoffzellensystem in den Ruhezustand geschaltet wird, wenn eine, eine beliebige Auswahl oder alle der nachfolgenden Bedingungen erfüllt sind:
A: Das Batteriesystem ist betriebsbereit und hat keine Störung. B: Ein Brennstoffzellenfehler ist nicht aktiv, d.h. Keine Störung im Brennstoffzellensystem.
C: Der Ladezustand der Energieversorgungseinrichtung ist größer als ein Ladezustandsgrenzwert, das heißt, die Energiespeichereinrichtung ist oberhalb des Ladezustandsgrenzwertes gefüllt.
D: Die Leistung an einem Inverter, welcher die elektrische Leistung des Brennstoffzellensystems in einem Wechselstrom zur Versorgung einer Hauptlast wandelt, ist kleiner als ein erster Leistungswert.
E: Der aktuelle Hauptlaststrom ist kleiner als ein erster Stromgrenzwert, das heißt, die von der Hauptlast, z.B. dem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, abgenommene Leistung ist unterhalb einer Leistungsgrenze.
F: Die Batterietemperatur ist kleiner als ein erster Temperaturgrenzwert .
G: Die Kühlflüssigkeitstemperatur ist größer als ein zweiter Temperaturgrenzwert, das heißt, bei der Aufwärmphase des Brennstoffzellensystems wird dieses nicht in den Ruhezustand geschaltet, um eine ausreichende Betriebstemperatur von zum Beispiel größer 80° C zu erreichen.
H: Eine Batteriekalibrierung ist nicht aktiv.
I: Die Nicht-Ruhezustandszeit ist größer als ein Zeitgrenzwert, das heißt, der Ruhezustand wird erst nach einem vordefinierten Warteintervall aktiviert. J: Die Drehzahl der ersten Strömungsmaschine ist kleiner als ein Drehzahlgrenzwert.
K: Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist kleiner als ein vorgegebener Geschwindigkeitswert .
Es ist auch möglich, dass diese oder weitere Bedingungen kaskadiert oder in verschiedene Prioritätsebenen eingestuft werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Das Brennstoffzellensystem weist eine BrennstoffZelleneinrichtung mit mindestens einer Brennstoffzelle, vorzugsweise mehr als 100 Brennstoffzellen, welche insbesondere in Stapeln geordnet sind, auf. Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem eine Energiespeichereinrichtung, welche beispielsweise als aufladbare Batterie, Akkumulator oder Kapazität ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Energiespeichereinrichtung als eine Hochspannungseinheit mit einer Arbeitsspannung größer als 80 V, vorzugsweise größer als 100 V ausgebildet.
Zur Kontrolle des BrennstoffZeilensystems ist eine Kontrolleinrichtung vorgesehen, welche wahlweise als eine separate Kontrolleinrichtung oder als ein integraler Teil einer übergeordneten Kontrolleinrichtung ausgebildet sein kann. Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Kontrolleinrichtung programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch zur Kontrolle des Brennstoffzellensystems gemäß dem soeben beschriebenen Kontrollverfahren bzw. nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist. Das Brennstoffzellensystem ist bevorzugt als ein mobiles Brennstoffzellensystem, insbesondere zum Einsatz in einem Fahrzeug zur Versorgung der Antriebsenergie ausgebildet.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
Figur 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 das Brennstoffzellensystem in Figur 1 mit weiteren Details in ähnlicher Darstellung;
Figur 3 ein schematisches Flussdiagramm zur Illustration eines Kontrollverfahrens zur Kontrolle des Brennstoffzellensystems gemäß der Figuren 1 und 2;
Figur 4 ein schematisches Flussdiagramm zur detaillierten Erläuterung des Schrittes A 1 in der Figur 3;
Figur 5 ein schematisches Flussdiagramm zur detaillierten Erläuterung des Schrittes A 7 in der Figur 3.
Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Brennstoffzellensystem, welches beispielsweise für den Einsatz in einem Fahrzeug zur Energieversorgung des Antriebsstrangs einsetzbar ist.
Das Brennstoffzellensystem umfasst einen
Brennstoffzellenstapel 1 mit mehreren Brennstoffzellen, wobei jede Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels 1 einen Anodenbereich Ia und einen Kathodenbereich Ib aufweist. Das Brennstoffzellensystem zeigt eine Wasserstoffversorgung 2, welche beispielsweise als ein Wasserstofftank oder ein Reformer ausgebildet ist und die die Anodenbereiche Ia des Brennstoffzellenstapels 1 mit Wasserstoff versorgt.
Eine Oxidantenversorgung 3 ist zur Versorgung der Kathodenbereiche Ib des Stapels 1 mit einem Oxidanten, insbesondere Umgebungsluft, ausgebildet. Zur Kühlung des Brennstoffzellenstapels 1 zeigt das Brennstoffzellensystem eine Kühlwasserversorgung 4. Eine Sensoreinheit 5 überwacht die Temperatur des Kühlwassers.
Die Leistungsausgänge des Brennstoffzellenstapels 1 sind zum einen mit einem DC/DC-Konverter 6 und parallel dazu mit einem Inverter 9 verbunden. Der DC/DC-Konverter 6 wandelt die anliegende Spannung des Brennstoffzellenstapels 1 und versorgt eine Energiespeichervorrichtung in Form einer Hochspannungsbatterie 7. Der DC/DC-Konverter 6 und die Hochspannungsbatterie 7 weisen eine zweite Kühlung 8 auf. In dem Inverter 9 wird die elektrische Leistung des Brennstoffzellenstapels 1 in Wechselspannung bzw. -ström gewandelt, mit dem ein Antriebsmotor 10 sowie Hilfskomponenten - zusammenfassend mit der Bezugsziffer 11 gekennzeichnet - versorgt werden. Die Hochspannungsbatterie 7 ist eine zweite und/oder alternative Energiequelle zur Versorgung des Antriebsmotors 10 und/oder der Hilfskomponenten 11. Zur Kontrolle des
Brennstoffzellensystems ist eine Kontrolleinrichtung 12 vorgesehen, die Zustandssignale der Komponenten des Brennstoffzellensystems als Eingangsgrößen aufnimmt und Steuersignale ausgibt. In der Figur 1 sind Materialströme, also insbesondere Gas- und Flüssigkeitsströme mit durchgezogenen Linien Ll, elektrische Leistungsströme mit groben unterbrochenen Linien L2 und Signalströme mit punktierten Linien L3 dargestellt.
Die Figur 2 zeigt eine detailliertere Darstellung des Brennstoffzellensystems der Figur 1, insbesondere der Hilfskomponenten 11. Eine erste Hilfskomponente in Form eines Ventilators IIa ist in einem Rezirkulationszweig angeordnet, welcher unverbrauchten Brennstoff von dem Anodenausgang in den Anodeneingang zurückführt. Der Ventilator IIa wird mittels eines Motors IIb angetrieben.
Eine weitere Hilfskomponente ist die Kühlflüssigkeitspumpe llc, welche durch einen Motor Hd angetrieben wird. Die Luftversorgung 3 weist einen Kompressor He auf, welcher durch einen elektrischen Motor Hf angetrieben wird. Die Versorgung der Hilfskomponenten bzw. deren Motoren mit Wechselstrom L4 (mit strichpunktierten Linien) erfolgt über den Inverter 9, welcher unmittelbar durch den Brennstoffzellenstapel 1 und/oder über die Hochspannungsbatterie 7 mittels des DC/DC-Konverters 6 versorgt wird.
Die Figur 3 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zur Kontrolle des Brennstoffzellensystems in den vorhergehenden Figuren als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Nach dem Start des Verfahrens wird in dem Schritt Al geprüft, ob die im Zusammenhang mit der Figur 4 später erläuterten Bedingungen, insbesondere vollständig, erfüllt sind. Für den Fall, dass diese Bedingungen nicht erfüllt sind, wird gemäß Schritt A2 der Eintritt in einen Ruhezustand des Brennstoffzellensystems verhindert.
Bei Eintritt in dem Ruhezustand wird gemäß Schritt A3 über die Kontrolleinrichtung 12 (Figur 2) mindestens der Kompressormotor Hf in einen Stop-Mode gesetzt, das heißt, die Umdrehungsgeschwindigkeit wird auf null Umdrehung pro Minute reduziert.
Gemäß Schritt A4 hält der DC/DC-Konverter 6 den Brennstoffzellenstapel 1 innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs. Die Untergrenze des Spannungsbereichs ist durch die Grenze gegeben, welche von den Hilfsaggregaten des Fahrzeugs und des Brennstoffzellensystems, die noch im Betrieb sind, genutzt wird. Der DC/DC-Konverter 6 wird auch genutzt, um im Stop-Mode die Spannung zwischen dem Brennstoffzellenstapel 1 und der Hochspannungsbatterie 7 so zu setzen, dass der Strom des Brennstoffzellenstapels 1 null Ampere oder sehr nahe zu null Ampere, beispielsweise betragsmäßig kleiner 10 Ampere ist.
In dem Schritt A5 wird bewertet, ob ein vorbestimmtes Zeitintervall vergangen ist. Ist dieses Intervall vergangen, wird eine intermittierende Operation gestartet, wobei der Kompressormotor Hf aktiviert wird. Im Rahmen der Aktivierung wird die Förderleistung des Kompressormotors Hf auf ein niedriges Niveau, insbesondere auf ein Niveau, welches unterhalb des Niveaus im normalen Betrieb liegt, erhöht und gemäß Schritt A6 für eine vorbestimmte Zeit gehalten. Die Energieversorgung des Kompressormotors 11 sowie der weiteren Hilfskomponenten 11 erfolgt während des Ruhezustands über die Hochspannungsbatterie 7. Während des gesamten Ruhezustands bleibt der Ventilatormotor Hb aktiviert, jedoch ebenfalls mit verringerter Geschwindigkeit. Gemäß Schritt A7 wird geprüft, ob Abbruchbedingungen zum Abbrechen des Ruhezustands vorliegen.
Die Figur 4 ist ein Flussdiagramm, die in detaillierter Ausführung, die mit einem logischen UND/AND verbundenden Bedingungen zeigt, welche alle erfüllt sein müssen, damit das Brennstoffzellensystem in den Ruhezustand geht (Schritt BlI). Falls nur eine der Bedingungen nicht erfüllt ist, wird der Eintritt in den Ruhezustand gemäß Schritt B12 verhindert.
Gemäß dem Schritt Bl wird überprüft,
- ob das Brennstoffzellensystem NICHT in einem reinen Batteriemodus arbeitet,
- ob das Brennstoffzellensystem NICHT in einem
Brennstoffzellenmodus arbeitet, das heißt, in dem die einzige Energieversorgung der Brennstoffzellenstapel 1 ist und die Traktionsbatterie 7 zu der Energieversorgung nicht beitritt, und
- ob ein Brennstoffzellensystemfehler NICHT aufgetreten ist.
Im Schritt B2 wird untersucht,
- ob der Ladezustand der Batterie größer als ein vorgegebener Wert ist.
Im Schritt B3 wird untersucht,
- ob die Leistung an dem Inverter 6 kleiner ist als ein vorgegebener Wert.
In Schritt B4 wird untersucht,
- ob der Bedarf an Strom für den Antriebsmotor kleiner als ein vorgegebener Wert ist.
In dem Schritt B5 wird untersucht,
- ob die Hochspannungsbatterie 7 eine Temperatur aufweist, die geringer als ein vorgegebener Wert ist.
In dem Schritt B6 wird untersucht,
- ob die Kühlflüssigkeitstemperatur größer als ein vorgegebener Wert ist. In Schritt B7 wird untersucht,
- ob eine Batteriekalibrierung nicht aktiv ist.
Im Schritt B8 wird untersucht,
- ob die Zeit zwischen jedem Eingang in den Ruhezustand größer als ein vorgegebener Bereich ist.
Im Schritt B9 wird untersucht,
- ob die die Kompressordrehzahl kleiner als ein vorgegebener Wert ist.
In Schritt BIO muss untersucht werden,
- ob die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner ist als ein vorgegebener Wert ist.
Die Figur 5 zeigt in Form eines Flussdiagramms die Schritte, die notwendig sind, um den Ruhezustand gemäß Schritt A7 (Figur 3) zu beenden. Die gezeigten Schritte sind über ein logisches ODER/OR miteinander verknüpft, so dass jeder der Schritte ein Übergang von dem Ruhezustand in den Betriebszustand gemäß Schritt C7 auslösen kann. Andernfalls verbleibt das Brennstoffzellensystem im Ruhezustand gemäß Schritt C8.
In dem Schritt C 1 wird untersucht,
- ob der Ladezustand der Hochspannungsbatterie geringer als ein vorgegebener Wert ist.
Im Schritt C2 wird untersucht,
- ob die Belastung durch die Hilfskomponenten an dem Inverter größer als ein vorgegebener Wert sind.
Im Schritt C3 wird untersucht, - ob die aufgenommene elektrische Leistung des Antriebsmotors größer als ein vorgegebener Wert ist.
Im Schritt C4 wird untersucht,
- ob die Batterietemperatur größer als ein vorgegebener Wert ist.
In Schritt C5 wird untersucht,
- ob das BrennstoffZeilensystem einen Systemfehler meldet.
Im Schritt C6 wird geprüft,
- ob die Zündung ausgestellt ist.
Zusammenfassend offenbart die Erfindung in möglichen Ausgestaltungen eine Kontrollverfahren, welches während des Ruhebetriebs ein unzulässiges Aufspreizen der Betriebsspannungen der einzelnen Brennstoffzellen in schadensversursachende Bereiche unterbindet und die Wiederstartfähigkeit des Brennstoffzellensystems verbessert. Dies wird dadurch erreicht, dass in dem Ruhebetrieb bzw. während des Ruhebetriebs die Versorgung mit Reaktandengasen und/oder eine adäquate Befeuchtung der Brennstoffzellen sichergestellt wird. Insbesondere wird eine Wasserstoffansammlung durch eine erzwungene Umwälzung des Oxidanten vorzugsweise mit Hilfe des Kompressors vermieden. Ferner ist es möglich, Kondensat durch den Trocknungseffekt des Oxidanten durch die oder eine intermittierende Operation des Kompressors abzubauen.

Claims

Daimler AGPatentansprüche
1. Kontrollverfahren für ein Brennstoffzellensystem zur Energieversorgung eines Verbrauchers, wobei das Brennstoffzellensystem zur Umsetzung eines Brennstoffes mit einem Oxidanten ausgebildet ist,
wobei das Brennstoffzellensystem zwischen einem Ruhezustand und einem Betriebszustand umschaltbar ist,
wobei die Energieversorgung des Verbrauchers in dem Ruhezustand zum größten Teil oder vollständig durch eine Energiespeichereinrichtung (7) erfolgt,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Ruhezustand der Brennstoff und/oder der Oxidant in dem Brennstoffzellensystem aktiv bewegt wird.
2. Kontrollverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem eine erste Strömungsmaschine (He, Hf) zur Verdichtung und/oder Beschleunigung des Oxidanten aufweist, wobei die Bewegung des Oxidanten in dem Ruhezustand durch Ansteuerung der ersten Strömungsmaschine (He, Hf) umgesetzt wird.
3. Kontrollverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem eine zweite Strömungsmaschine (IIa, IIb) zur Verdichtung und/oder Beschleunigung des Brennstoffes aufweist, wobei die Bewegung des Brennstoffs in dem Ruhezustand durch Ansteuerung der zweiten Strömungsmaschine (IIa, IIb) erfolgt .
4. Kontrollverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Strömungsmaschine (IIa, IIb) in einem Rezirkulationszweig einer Anodengasversorgung angeordnet ist.
5. Kontrollverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Strömungsmaschine (IIa, IIb; He, Hf) in dem Ruhezustand intermittierend betrieben wird.
6. Kontrollverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste und/oder zweite Strömungsmaschine (Ha, Hb; He, Hf) mit einer Leistung und/oder Drehzahl betrieben wird bzw. werden, welche kleiner ist bzw. sind als die Leistung bzw. Drehzahl in dem Betriebszustand.
7. Kontrollverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ruhezustand keine Energiekonversion von chemischer in elektrische Energie erfolgt und/oder dass in dem Ruhezustand keine konvertierte Energie an die Energiespeichervorrichtung (7) und/oder an den Verbraucher (10, H) übertragen wird.
8. Kontrollverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das BrennstoffZeilensystem als mobile Energieversorgung vorzugsweise in einem Fahrzeug ausgebildet ist.
9. Kontrollverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem in den Ruhezustand geschaltet wird, wenn eine, eine beliebige Auswahl oder alle der nachfolgenden Bedingungen erfüllt sind:
- Batteriemodus nicht aktiv UND Brennstoffzellenmodus nicht aktiv UND kein Brennstoffzellenfehler aktiv
- Ladezustand > Ladezustandsgrenzwert
- Leistung am Inverter < erster Leistungswert
- Antriebsstrangstrom < erster Stromgrenzwert
- Batterietemperatur < erster Temperaturgrenzwert
- Kühlflüssigkeitstemperatur > erster Temperaturgrenzwert
- Batteriekalibrierung nicht aktiv
- Nicht-Ruhezustandszeit > Zeitgrenzwert
- Drehzahl erste Strömungsmaschine < Drehzahlgrenzwert
- Geschwindigkeit Fahrzeug < Geschwindigkeitsgrenzwert.
10. Brennstoffzellensystem mit einer BrennstoffZelleneinrichtung (1), mit einer Energiespeichereinrichtung (7) und mit einer Kontrolleinrichtung (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinrichtung (12) programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch zur Kontrolle des
Brennstoffzellensystems gemäß dem Kontrollverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
PCT/EP2009/001837 2008-03-20 2009-03-13 Kontrollverfahren für ein brennstoffzellensystem und brennstoffzellensystem Ceased WO2009115243A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011500084A JP2011517015A (ja) 2008-03-20 2009-03-13 燃料電池システムの制御方法及び燃料電池システム
US12/933,664 US20110053015A1 (en) 2008-03-20 2009-03-13 Control Method for a Fuel Cell System and Fuel Cell System

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008015344A DE102008015344A1 (de) 2008-03-20 2008-03-20 Kontrollverfahren für ein Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellensystem
DE102008015344.3 2008-03-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009115243A1 true WO2009115243A1 (de) 2009-09-24

Family

ID=40149190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2009/001837 Ceased WO2009115243A1 (de) 2008-03-20 2009-03-13 Kontrollverfahren für ein brennstoffzellensystem und brennstoffzellensystem

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20110053015A1 (de)
JP (1) JP2011517015A (de)
DE (1) DE102008015344A1 (de)
WO (1) WO2009115243A1 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8580445B2 (en) * 2008-12-04 2013-11-12 GM Global Technology Operations LLC Shutdown strategy to avoid carbon corrosion due to slow hydrogen/air intrusion rates
DE102009017458B4 (de) * 2009-04-02 2017-03-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Erzeugung und Abgabe von elektrischer Energie an einen Verbraucher
DE102009036199A1 (de) 2009-08-05 2011-02-17 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug
DE102009036198B4 (de) * 2009-08-05 2013-03-07 Daimler Ag Verfahren zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems
KR101759140B1 (ko) 2016-01-19 2017-07-18 현대자동차주식회사 연료전지의 출력 제어 방법 및 장치
JP6972920B2 (ja) * 2017-10-27 2021-11-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060192523A1 (en) * 2003-07-07 2006-08-31 Kazutoshi Nomoto Electronic equipment, power source management control device for electronic equipment, and power source device
WO2006103504A1 (en) * 2005-03-29 2006-10-05 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and fuel cell system control method
JP2006278152A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6037071A (en) * 1996-04-10 2000-03-14 Duracell Inc Current interrupter for electrochemical cells
US7669237B2 (en) * 2002-08-27 2010-02-23 Trust Digital, Llc Enterprise-wide security system for computer devices
JP4525008B2 (ja) 2003-07-02 2010-08-18 トヨタ自動車株式会社 エネルギ出力装置およびエネルギ出力装置の制御方法
JP4513119B2 (ja) * 2003-12-25 2010-07-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4821608B2 (ja) * 2004-03-17 2011-11-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
WO2006049299A1 (ja) * 2004-11-08 2006-05-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 燃料電池システム
JP4852917B2 (ja) * 2004-12-16 2012-01-11 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP4806953B2 (ja) * 2005-04-14 2011-11-02 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムとその運転方法、及び燃料電池車両
JP2006302836A (ja) * 2005-04-25 2006-11-02 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2007073473A (ja) * 2005-09-09 2007-03-22 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池車両の制御装置
JP2007194042A (ja) * 2006-01-18 2007-08-02 Honda Motor Co Ltd 燃料電池車両

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060192523A1 (en) * 2003-07-07 2006-08-31 Kazutoshi Nomoto Electronic equipment, power source management control device for electronic equipment, and power source device
WO2006103504A1 (en) * 2005-03-29 2006-10-05 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and fuel cell system control method
JP2006278152A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011517015A (ja) 2011-05-26
DE102008015344A1 (de) 2009-01-22
US20110053015A1 (en) 2011-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013104324B4 (de) Wirkungsgradbasierender Stand-by-Betrieb für Brennstoffzellenantriebssysteme
EP2462647B1 (de) Verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems in einem fahrzeug
DE112006002715B4 (de) Brennstoffzellensystem mit einer Vorrichtung zum Abschätzen der erzeugten Wasserstoffgasmenge und Verfahren zum Abschätzen der erzeugten Wasserstoffgasmenge
DE112007002394B4 (de) Betriebsverfahren eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellensystem
DE102007048867B4 (de) Verfahren zur Lieferung von Leistung in einem Brennstoffzellensystem
DE112013002180B4 (de) System zur Steuerung der elektrischen Stromversorgung eines Fahrzeugs, sowie Fahrzeug
DE112009000223B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE102013224604A1 (de) Verfahren zum Stoppen eines elektrischen Leistungssystems eines Fahrzeugs
DE102017103524B4 (de) Verfahren zur Anomalie-Erkennung im Drucksensor und Brennstoffzellensystem
WO2018130343A1 (de) Verfahren und steuereinheit zur konditionierung eines brennstoffzellenstapels
DE112007000171B4 (de) Bewegliches Objekt mit einem Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern der Leistungserzeugung eines in einem beweglichen Objekt installierten Brennstoffzellensystems
DE112010002074T5 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzellensystems
DE112006003141B4 (de) Brennstoffzellensystem mit Leistungssteuerung
DE102008047868A1 (de) Steuersystem und -Verfahren zum Start eines Brennstoffzellenstapels mit Niedrigspannungsquelle
DE102011014969B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems in einem Standby-Modus
DE112008001827T5 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zu seiner Steuerung
DE102021112785A1 (de) Brennstoffzellensystem, Steuerungsverfahren eines Brennstoffzellensystems und Speichermedium
DE102005049846B4 (de) Brennstoffzellensystem sowie Verfahren und Leistungssteuerungssystem zum Betreiben und insbesondere Starten eines Brennstoffzellensystems
DE112005003300B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Reduzierung eines Spannungsverlusts, der durch eine Spannungswechselbelastung bewirkt wird, durch Verwendung einer wiederaufladbaren elektrischen Speichervorrichtung
DE102006035851B4 (de) Brennstoffzellensystem, Verwendung eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug und Lademengeneinstellverfahren für Engergiespeicher
WO2009115243A1 (de) Kontrollverfahren für ein brennstoffzellensystem und brennstoffzellensystem
DE102008004701B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Verhindern, dass der von einem Brennstoffzellenstapel verfügbare Strom den tatsächlich von dem Brennstoffzellenstapel gezogenen Strom überschreitet
DE102008047387B4 (de) Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellenstapels
DE102011108137A1 (de) Verfahren zur Hochspannungsbus-Steuerung in Brennstoffzellenfahrzeugen
DE102013108067A1 (de) Stromversorgung eines Brennstoffzellenstapels während des Stand-by-Betriebs

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09722472

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011500084

Country of ref document: JP

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09722472

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1