WO2015110237A1 - Verfahren zum betreiben einer brennstoffzelle sowie brennstoffzellenvorrichtung mit einer brennstoffzelle und kraftfahrzeug mit brennstoffzellenvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer brennstoffzelle sowie brennstoffzellenvorrichtung mit einer brennstoffzelle und kraftfahrzeug mit brennstoffzellenvorrichtung Download PDF

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WO2015110237A1
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power output
operating
increased
media pressure
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Ingmar Hartung
Martin Arendt
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Volkswagen Ag
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    • 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 method for operating a fuel cell, in which a current power output of the fuel cell is increased up to a required power output. Furthermore, the invention relates to a fuel cell device with a fuel cell and a control device for controlling operating parameters of the fuel cell. Moreover, the invention relates to a motor vehicle with a fuel cell device.
  • Fuel cell devices are well known. If, for example, an increase in the power output of the fuel cell is requested for acceleration of the motor vehicle, an electric current generated by the fuel cell increases until the current one
  • Power output of the required power output corresponds.
  • the voltage for example due to ohmic losses, drops at a fuel cell stack of the fuel cell.
  • Voltage gradients however, lead to a dissolution of built-in fuel cell stack noble metal catalysts. This results in irreversible damage to the stack, which increases the life of the
  • the invention is therefore based on the object, a method for operating a
  • Fuel cell and a fuel cell device and to provide a motor vehicle, wherein the life of the fuel cell compared to the life of today's fuel cells is extended without the dynamic behavior of the fuel cell and in particular response times of the fuel cell are deteriorated to higher required power outputs.
  • the object of the above-mentioned fuel cell device is achieved in that the control device is designed to set the operating parameter medium pressure of at least one operating medium of the fuel cell according to the invention.
  • the object is achieved in that the fuel cell device a
  • the cell voltage drops more slowly, so that lower voltage gradients occur.
  • Noble metal catalysts of the fuel cell stack thus dissolve more slowly, which leads to an extension of the life of the fuel cell. A complex adaptation of the noble metal catalysts is not required.
  • gas pressures of two gaseous operating media for example hydrogen and oxygen
  • gas pressures of two gaseous operating media for example hydrogen and oxygen
  • the power output by the fuel cell can increase more dynamically than before. Consequently, not only increases the life of the fuel cell, but also their performance dynamics. If the fuel cell provides drive energy for the motor vehicle during operation, then it can accelerate more strongly.
  • the solution according to the invention can be further improved by various configurations which are advantageous in each case and can be combined with one another as desired.
  • the media pressure of at least one operating medium can be increased.
  • the control device a the control device a
  • the media pressure can be reduced to the sufficient to maintain the required power output setpoint or be. As a result, a decrease in the cell voltage is effectively reduced.
  • Fuel cell since the output from the fuel cell power depends on the output current and the cell voltage and in particular is a product of these two parameters. If the cell voltage drops more slowly and the output current increases as before, the fuel cell reaches the required power output more quickly.
  • the media pressure of at least one can be
  • Operating medium are increased disproportionately compared to the mass flow. If the output electric current is proportional to the mass flow, the media pressure can be increased disproportionately to the electric current.
  • Figure 1 is a schematic representation of temporal profiles of operating parameters of a
  • Figure 2 is a schematic representation of temporal profiles of operating parameters
  • Figure 3 is a schematic representation of an embodiment of a
  • Figure 4 is a schematic representation of an embodiment of a
  • Figure 5 is a schematic representation of an embodiment of a motor vehicle according to the invention.
  • FIG. 1 shows a diagram 1 on whose abscissa axis 2 the time has been removed. On the ordinate axis 3, the height of operating parameters of the fuel cell is shown, wherein the individual operating parameters can be scaled differently.
  • the diagram 1 thus represents the time profile of the operating parameters of the fuel cell schematically.
  • One requirement of the power to be delivered by the fuel cell is with a
  • the required power output 4 in a first section 5 is low. From a time t 0 begins a section 6 increased demanded power output. For example, the required power output doubles.
  • the current output of the fuel cell is shown in dashed lines in FIG. 1 and provided with the reference numeral 7.
  • the current power output 7 follows the change in the required power output 4 delayed and increases from the time t 0 to a time ti , which is after the time t 0 to. At the time ti, the current power output 7 reaches the increased required power output 6.
  • an electric current 8 emitted by the fuel cell is increased from the time t 0 .
  • the rise of the current 8 may end before or at the time ti.
  • the increase of the current 8 ends between the times t 0 and ti.
  • the current power output 7 increases a illustrated with a dotted line media pressure 10 at least one operating medium, such as oxygen or hydrogen, the fuel cell adjusted and, for example.
  • the media pressure 10 can be increased and, for example, increased disproportionately in comparison to a mass flow of the operating medium, which is likewise increased when the current power output 7 is increased.
  • the mass flow is for example adjusted proportionally to the electric current 8. The temporal course of the mass flow is not shown because of its proportionality to the electric current 8 for clarity.
  • the media pressure 10 is increased to a setpoint 1 1.
  • the setpoint 1 1 having media pressure 10 is sufficient to keep the current power output 7 of the fuel cell at the level of the increased required power output 6.
  • FIG. 2 schematically shows a diagram 1, in which the time profile of the operating parameters of the fuel cell is shown, wherein the fuel cell according to another
  • Embodiment of the method according to the invention is operated.
  • elements which correspond in function and / or construction to the elements of the embodiment of Figure 1 the same reference numerals are used.
  • the sake of brevity only the differences from the exemplary embodiment of FIG. 1 will be discussed.
  • Power output 4 is delayed and increases from time t 0 to time ti. At the time ti, the current power output 7 reaches the increased required power output 6. The times t 0 , ti are not shown in FIG. 2 for the sake of clarity.
  • the media pressure 10 is increased more strongly and in particular non-linearly between the times t 0 and t 1 .
  • the media pressure 10 between the times t 0 and ti is set higher than a desired value of the media pressure 10, which is sufficient after the time to keep the current power output 7 at the level of the increased required power output 6.
  • the media pressure reaches 10 so a maximum value, after which the media pressure 10 is lowered again, the
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the method 20 according to the invention schematically as a flowchart.
  • elements that function and / or structure the elements of correspond to previous embodiments the same reference numerals are used in the following.
  • Method step 21 is a request for an increased demanded power output 6 of the fuel cell or a control device for controlling the fuel cell.
  • the media pressure 10 is set such that it counteracts a drop in the electrical cell voltage 9, so that the electrical cell voltage 9 decreases in a delayed manner. In particular, the media pressure 10 can be increased.
  • the media pressure 10 can be lowered to the desired value if the media pressure 10 to increase the current power output 7 was higher than required in order to keep the current power output 7 at the level of the increased required power output 6.
  • the method ends.
  • the current power output 7 after the method step 24 corresponds to the required power output 4 and is constant.
  • Figure 4 shows a first embodiment of an inventive
  • Fuel cell device schematically.
  • elements which correspond in function and / or construction to the elements of the previous embodiments the same reference numerals are used.
  • the fuel cell device 30 is provided with a fuel cell 31 and with a
  • Control device 32 is formed.
  • the control device 32 controls operating parameters of the fuel cell 31 and is for this purpose, for example, with a control line 33 with the
  • Fuel cell 31 connected.
  • Fuel cell 31 formed with a plurality of fuel cell stacks, so the electrical cell voltage 9 can distribute over these, if they are connected, for example, in series with each other.
  • the electric current 8 can flow through the connection contacts 34, 35.
  • the control device 32 is connected to a request line 36, via which the required power output 4 of the control device 32 can be communicated.
  • the control device 32 is formed, the operating parameter medium pressure 10 at least one of the operating media of the fuel cell 31, for example, oxygen and / or
  • the measured variable medium pressure 10 can be guided by a sensor line 37 from the fuel cell 31 to the control device 32 or to the medium pressure regulator.
  • Figure 5 shows a first embodiment of a motor vehicle 40 according to the invention schematically.
  • the same reference numerals are used for elements which correspond in function and / or construction to the elements of the previous embodiments.
  • the motor vehicle 40 is provided with the fuel cell device 30, which, for example, driving energy with at least one electric motor, with which the motor vehicle 40 may be at least partially driven, is connected.
  • the fuel cell device 30 may be arranged in a front engine compartment or in the trunk, under a rear bench seat, in the region of an underbody or otherwise in or on the motor vehicle 40.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle, eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Brennstoffzelle und einer Steuereinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung. Um zu vermeiden, dass im Betrieb der Brennstoffzelle schnell sinkende elektrische Zellspannungen (9) zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Brennstoffzelle führen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Mediendruck (10) wenigstens eines Betriebsmediums der Brennstoffzelle so eingestellt wird, dass ein Absinken der Zellspannung (9) beim Steigern einer aktuellen Leistungsabgabe (7) zumindest verlangsamt wird, und dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die Mediendrücke (10) entsprechend einzustellen.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle sowie Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Brennstoffzelle und
Kraftfahrzeug mit Brennstoffzellenvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle, bei dem eine aktuelle Leistungsabgabe der Brennstoffzelle bis zu einer geforderten Leistungsabgabe gesteigert wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Brennstoffzelle und einer Steuereinrichtung zur Steuerung von Betriebsparametern der Brennstoffzelle. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung.
Verfahren zum Betreiben von Brennstoffzellen, Brennstoffzellenvorrichtungen mit
Brennstoffzellen und Steuereinrichtungen, sowie Kraftfahrzeuge mit
Brennstoffzellenvorrichtungen sind allgemein bekannt. Wird zum Beispiel zur Beschleunigung des Kraftfahrzeuges eine Erhöhung der Leistungsabgabe der Brennstoffzelle angefordert, so steigt ein von der Brennstoffzelle erzeugter elektrischer Strom an, bis die aktuelle
Leistungsabgabe der geforderten Leistungsabgabe entspricht. Durch den ansteigenden elektrischen Strom sinkt die Spannung, beispielsweise durch ohmsche Verluste, an einem Brennstoffzellenstapel der Brennstoffzelle. Spannungsgradienten führen jedoch zu einer Auflösung von im Brennstoffzellenstapel verbauten Edelmetall-Katalysatoren. Dies hat eine irreversible Schädigung des Stapels zur Folge, wodurch sich die Lebensdauer der
Brennstoffzelle reduziert.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer
Brennstoffzelle sowie eine Brennstoffzellenvorrichtung und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, wobei die Lebensdauer der Brennstoffzelle im Vergleich zur Lebensdauer von heutigen Brennstoffzellen verlängert ist, ohne dass das dynamische Verhalten der Brennstoffzelle und insbesondere Ansprechzeiten der Brennstoffzelle auf höhere geforderte Leistungsabgaben verschlechtert sind.
Für das eingangs genannte Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein
Mediendruck wenigstens eines Betriebsmediums der Brennstoffzelle so eingestellt wird, dass ein Absinken einer Zellspannung der Brennstoffzelle beim Steigern der aktuellen Leistungsabgabe zumindest verlangsamt wird. Ferner ist die Aufgabe für die eingangs genannte Brennstoffzellenvorrichtung dadurch gelöst, dass die Steuervorrichtung ausgebildet ist, den Betriebsparameter Mediendruck zumindest eines Betriebsmediums der Brennstoffzelle erfindungsgemäß einzustellen. Für das eingangs genannte Kraftfahrzeug ist die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dessen Brennstoffzellenvorrichtung eine
erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung ist.
Durch die Änderung des Mediendrucks mindestens des einen Betriebsmediums (zum Beispiel Wasserstoff und/oder Sauerstoff) fällt die Zellspannung langsamer ab, sodass geringere Spannungsgradienten auftreten. Edelmetall-Katalysatoren des Brennstoffzellenstapels lösen sich somit langsamer auf, was zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Brennstoffzelle führt. Eine aufwendige Anpassung der Edelmetall-Katalysatoren ist nicht erforderlich.
Insbesondere können Gasdrücke zweier gasförmiger Betriebsmedien, zum Beispiel Wasserstoff und Sauerstoff, erfindungsgemäß eingestellt werden. Der Kürze halber ist in der folgenden Beschreibung jedoch lediglich auf die Anpassung des Mediendrucks eines der Betriebsmedien eingegangen.
Da die elektrische Spannung langsamer sinkt als bisher üblich, der elektrische Strom aber wie bisher ansteigt, kann die von der Brennstoffzelle abgegebene Leistung dynamischer ansteigen als bisher. Folglich steigt nicht nur die Lebensdauer der Brennstoffzelle, sondern auch deren Leistungsdynamik. Stellt die Brennstoffzelle im Betrieb Antriebsenergie für das Kraftfahrzeug bereit, so kann dieses also stärker beschleunigen.
Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese
Ausgestaltungsformen und den mit ihnen verbundenen Vorteilen ist im Folgenden eingegangen.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltungsform kann der Mediendruck zumindest des einen Betriebsmediums erhöht werden. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung einen
Signaleingang zum Empfang einer Leistungsanforderung aufweisen und ausgebildet sein nach dem Empfang einer Leistungsanforderung eine Erhöhung des Mediendrucks bewirken.
Insbesondere kann der Mediendruck zumindest des einen Betriebsmediums über einen
Sollwert, der zur Aufrechterhaltung der geforderten Leistungsabgabe ausreicht, hinaus erhöht werden, bevor die aktuelle Leistungsabgabe der geforderten Leistungsabgabe entspricht.
Sobald beispielsweise die aktuelle Leistungsabgabe der geforderten Leistungsabgabe entspricht, kann der Mediendruck auf den zur Aufrechterhaltung der geforderten Leistungsabgabe ausreichenden Sollwert reduziert werden oder sein. Hierdurch wird ein Absinken der Zellspannung wirksam reduziert. Darüber hinaus steigt die Dynamik der
Brennstoffzelle, da die von der Brennstoffzelle abgegebene Leistung vom abgegebenen Strom und der Zellspannung abhängt und insbesondere ein Produkt dieser beiden Parameter ist. Fällt die Zellspannung langsamer ab und steigt der abgegebene Strom wie bisher an, so erreicht die Brennstoffzelle schneller die geforderte Leistungsabgabe.
Um den von der Brennstoffzelle abgegebenen elektrischen Strom ansteigen zu lassen, wird ein Massenstrom der Betriebsmedien zur Brennstoffzelle erhöht. Damit die Zellspannung mit reduzierter Geschwindigkeit absinkt, kann der Mediendruck zumindest des einen
Betriebsmediums im Vergleich zu dessen Massenstrom überproportional erhöht werden. Ist der abgegebene elektrische Strom proportional zum Massenstrom, kann der Mediendruck überproportional zum elektrischen Strom gesteigert werden.
Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.
Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung zeitlicher Verläufe von Betriebsparametern einer
Brennstoffzelle gemäß eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 2 eine schematische Darstellung zeitlicher Verläufe von Betriebsparametern
Brennstoffzelle gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Brennstoffzelle;
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung; und Figur 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges.
Zunächst sind zeitliche Verläufe von Betriebsparametern einer Brennstoffzelle bei der
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der Figur 1 beschrieben.
Figur 1 zeigt ein Diagramm 1 , auf dessen Abszissenachse 2 die Zeit abgetragen ist. Auf der Ordinatenachse 3 ist die Höhe von Betriebsparametern der Brennstoffzelle dargestellt, wobei die einzelnen Betriebsparameter unterschiedlich skaliert sein können. Das Diagramm 1 stellt also den zeitlichen Verlauf der Betriebsparameter der Brennstoffzelle schematisch dar.
Eine Anforderung der von der Brennstoffzelle abzugebenden Leistung ist mit einer
durchgehenden Linie dargestellt und mit dem Bezugszeichen 4 versehen. Im zeitlichen Verlauf ist die geforderte Leistungsabgabe 4 in einem ersten Abschnitt 5 niedrig. Ab einem Zeitpunkt t0 beginnt ein Abschnitt 6 erhöhter geforderter Leistungsabgabe. Beispielsweise verdoppelt sich die geforderte Leistungsabgabe.
Die aktuelle Leistungsabgabe der Brennstoffzelle ist in der Figur 1 gestrichelt dargestellt und mit dem Bezugszeichen 7 versehen. Die aktuelle Leistungsabgabe 7 folgt der Änderung der geforderten Leistungsabgabe 4 verzögert und steigt vom Zeitpunkt t0 bis zu einem Zeitpunkt ti, der nach dem Zeitpunkt t0 liegt, an. Am Zeitpunkt ti erreicht die aktuelle Leistungsabgabe 7 die erhöhte geforderte Leistungsabgabe 6.
Zur Steigerung der aktuellen Leistungsabgabe 7 wird ein von der Brennstoffzelle abgegebener elektrischer Strom 8 ab dem Zeitpunkt t0 gesteigert. Der Anstieg des Stroms 8 kann vor oder beim Erreichen des Zeitpunktes ti enden. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 endet der Anstieg des Stroms 8 zwischen den Zeitpunkten t0 und ti . Durch Verluste und beispielsweise ohmsche Verluste der Brennstoffzelle sinkt beim Ansteigen des elektrischen Stromes 8 die an der Brennstoffzelle anliegende elektrische Zellspannung 9. Je schneller die Zellspannung 9 absinkt, desto größer ist der Spannungsgradient, der an der Brennstoffzelle und insbesondere an deren Brennstoffzellenstapel anliegt.
Ein schnelles Absinken der Zellspannung 9 führt zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Brennstoffzelle. Um die elektrische Zellspannung 9 wie im Ausführungsbeispiel der Figur 1 dargestellt langsam abfallen zu lassen, wird bei der Erhöhung der aktuellen Leistungsabgabe 7 ein mit einer punktierten Linie dargestellter Mediendruck 10 wenigstens eines Betriebsmediums, etwa Sauerstoff oder Wasserstoff , der Brennstoffzelle eingestellt und beispielsweise geändert. Insbesondere kann der Mediendruck 10 erhöht und beispielsweise im Vergleich zu einem Massenstrom des Betriebsmediums, welcher bei der Erhöhung der aktuellen Leistungsabgabe 7 ebenfalls erhöht wird, überproportional erhöht werden. Der Massenstrom wird beispielsweise proportional zum elektrischen Strom 8 angepasst. Der zeitliche Verlauf des Massenstroms ist wegen seiner Proportionalität zum elektrischen Strom 8 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 wird der Mediendruck 10 bis zu einem Sollwert 1 1 erhöht. Der den Sollwert 1 1 aufweisende Mediendruck 10 reicht aus, um die aktuellen Leistungsabgabe 7 der Brennstoffzelle auf dem Niveau der erhöhten geforderten Leistungsabgabe 6 zu halten.
Figur 2 zeigt schematisch ein Diagramm 1 , in dem der zeitliche Verlauf der Betriebsparameter der Brennstoffzelle dargestellt ist, wobei die Brennstoffzelle gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird. Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau den Elementen des Ausführungsbeispiels der Figur 1 entsprechen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Kürze halber ist lediglich auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der Figur 1 eingegangen.
Auch in der Figur 2 folgt die aktuelle Leistungsabgabe 7 der Änderung der geforderten
Leistungsabgabe 4 verzögert und steigt vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt ti an. Am Zeitpunkt ti erreicht die aktuelle Leistungsabgabe 7 die erhöhte geforderte Leistungsabgabe 6. Die Zeitpunkte t0, ti sind in der Figur 2 der Übersichtlichkeit halber nicht eingetragen.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 wird der Mediendruck 10 zwischen den Zeitpunkten t0 und ti stärker und insbesondere nicht linear erhöht. Insbesondere wird der Mediendruck 10 zwischen den Zeitpunkten t0 und ti höher eingestellt als ein Sollwert des Mediendrucks 10, der nach dem Zeitpunkt ausreicht, um die aktuelle Leistungsabgabe 7 auf dem Niveau der erhöhten geforderten Leistungsabgabe 6 zu halten. In seinem Verlauf erreicht der Mediendruck 10 also einen Maximalwert, nach dem der Mediendruck 10 wieder abgesenkt wird, wobei der
Mediendruck 10 nach dem Zeitpunkt größer ist, als vor den Zeitpunkt t0.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 20 schematisch als ein Flussdiagramm. Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau den Elementen der vorherigen Ausführungsbeispiele entsprechen, sind im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet.
In einem Verfahrensschritt 21 startet das Verfahren 20. Beispielsweise erreicht im
Verfahrensschritt 21 eine Anforderung für eine erhöhte geforderte Leistungsabgabe 6 die Brennstoffzelle oder eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Brennstoffzelle. Im auf den Verfahrensschritt 21 folgenden Verfahrensschritt 22 wird der Mediendruck 10 so eingestellt, dass er einem Absinken der elektrischen Zellspannung 9 entgegenwirkt, sodass die elektrische Zellspannung 9 verzögert absinkt. Insbesondere kann der Mediendruck 10 gesteigert werden.
Im optional folgenden Verfahrensschritt 23 kann der Mediendruck 10 auf den Sollwert abgesenkt werden, falls der Mediendruck 10 zum Erhöhen der aktuellen Leistungsabgabe 7 höher war als benötigt, um die aktuelle Leistungsabgabe 7 auf dem Niveau der erhöhten geforderten Leistungsabgabe 6 zu halten. Im Verfahrensschritt 24 endet das Verfahren.
Beispielsweise entspricht die aktuelle Leistungsabgabe 7 nach dem Verfahrensschritt 24 der geforderten Leistungsabgabe 4 und ist konstant.
Figur 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Brennstoffzellenvorrichtung schematisch. Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau den Elementen der bisherigen Ausführungsbeispiele entsprechen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die Brennstoffzellenvorrichtung 30 ist mit einer Brennstoffzelle 31 sowie mit einer
Steuereinrichtung 32 ausgebildet. Die Steuereinrichtung 32 steuert Betriebsparameter der Brennstoffzelle 31 und ist hierzu beispielsweise mit einer Steuerleitung 33 mit der
Brennstoffzelle 31 verbunden.
An Anschlusskontakten 34, 35 der Brennstoffzelle 31 liegt in deren Betrieb die elektrische Zellspannung 9 an. Weist die Brennstoffzelle 31 nur einen Brennstoffzellenstapel auf, so kann die elektrische Zellspannung 9 im Wesentlichen auch über diesem abfallen. Ist die
Brennstoffzelle 31 mit mehreren Brennstoffzellenstapeln ausgebildet, so kann sich die elektrische Zellspannung 9 über diese verteilen, wenn diese beispielsweise in Reihe miteinander geschaltet sind. Im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 30 kann der elektrische Strom 8 durch die Anschlusskontakte 34, 35 fließen. Eingangsseitig ist die Steuereinrichtung 32 mit einer Anforderungsleitung 36 verbunden, über die die geforderte Leistungsabgabe 4 der Steuereinrichtung 32 mitgeteilt werden kann.
Die Steuereinrichtung 32 ist ausgebildet, den Betriebsparameter Mediendruck 10 zumindest eines der Betriebsmedien der Brennstoffzelle 31 , beispielsweise Sauerstoff und/oder
Wasserstoff, erfindungsgemäß einzustellen. Wird der Mediendruck 10 nicht in der
Brennstoffzelle 31 sondern außerhalb der Brennstoffzelle 31 reguliert, kann die Steuerleitung 33 auch zu einem Mediendruckregulator führen, den die Brennstoffzellenvorrichtung 30 optional aufweisen kann. Die Messgröße Mediendruck 10 kann durch eine Sensorleitung 37 von der Brennstoffzelle 31 zur Steuereinrichtung 32 oder zum Mediendruckregulator geführt sein.
Figur 5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges 40 schematisch. Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau den Elementen der bisherigen Ausführungsbeispiele entsprechen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet.
Das Kraftfahrzeug 40 ist mit der Brennstoffzellenvorrichtung 30 versehen, die beispielsweise Antriebsenergie übertragend mit wenigstens einem Elektromotor, mit dem das Kraftfahrzeug 40 mindestens teilweise antreibbar sein kann, verbunden ist. Die Brennstoffzellenvorrichtung 30 kann wie in der Figur 5 dargestellt in einem vorderen Motorraum oder im Kofferraum, unter einer Rücksitzbank, im Bereich eines Unterboden oder anders im oder am Kraftfahrzeug 40 angeordnet sein.
Bezugszeichenliste
Diagramm
Abszissenachse (Zeit)
Ordinatenachse (Betriebsparameter)
geforderte Leistungsabgabe
niedrige geforderte Leistungsabgabe
erhöhte geforderte Leitungsabgabe
aktuelle Leistungsabgabe
elektrischer Strom
elektrische Zellspannung
Mediendruck
Sollwert Verfahren
Start
Mediendruck einstellen
Mediendruck absenken
Ende Brennstoffzellenvorrichtung
Brennstoffzelle
Steuereinrichtung
Steuerleitung
Anschlusskontakte
Anforderungsleitung
Sensorleitung Kraftfahrzeug

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren (20) zum Betreiben einer Brennstoffzelle (31 ), bei dem eine aktuelle
Leistungsabgabe (7) der Brennstoffzelle (31 ) bis zu einer geforderten Leistungsabgabe (4) gesteigert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mediendruck (10) wenigstens eines Betriebsmediums der Brennstoffzelle (31 ) so eingestellt wird (22), dass ein Absinken einer Zellspannung (9) der Brennstoffzelle (31 ) beim Steigern der aktuellen Leistungsabgabe (7) zumindest verlangsamt wird.
2. Verfahren (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Mediendruck (10) erhöht wird.
3. Verfahren (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mediendruck (10) über einen Sollwert (1 1 ), der zur Aufrechterhaltung der erhöhten geforderten
Leistungsabgabe (6) ausreicht, hinaus erhöht wird, bevor die aktuelle Leitungsabgabe (7) der geforderten erhöhten Leistungsabgabe (6) entspricht.
4. Verfahren (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mediendruck (10) im Vergleich zu einem Massenstrom des wenigstens einen
Betriebsmediums überproportional erhöht wird.
5. Brennstoffzellenvorrichtung (30) mit einer Brennstoffzelle (31 ) und einer Steuereinrichtung (32) zur Steuerung von Betriebsparametern der Brennstoffzelle (31 ), dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (32) ausgebildet ist, den Betriebsparameter Mediendruck (10) zumindest eines Betriebsmediums der Brennstoffzelle (31 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 einzustellen.
6. Kraftfahrzeug (40) mit einer Brennstoffzellenvorrichtung (30), dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenvorrichtung (30) eine Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 5 ist.
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