WO2019029896A1 - Verfahren zum betreiben einer brennstoffzellenanordnung und vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer brennstoffzellenanordnung und vorrichtung zur durchführung des verfahrens Download PDF

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Hans-Christoph Magel
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a fuel cell assembly and to an apparatus for carrying out the method, for example for use in vehicles with fuel cell drive.
  • a proportional valve which is part of a fuel cell arrangement, for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen
  • the proportional valve comprises a nozzle body, a closing element and an elastic sealing element.
  • the nozzle body In the nozzle body, at least one passage opening is formed, which can be released or closed by the closing element on a valve seat.
  • the elastic sealing element seals on the valve seat.
  • the closing element can be moved by an electromagnet and is acted upon by a spring in the direction of the valve seat.
  • Proportional valves are characterized by the fact that when they are used only small pressure fluctuations in the anode path of a fuel cell occur and quiet operation can be ensured. In the normal operating range of the proportional valve, frequent opening and closing operations occur. To optimize flushing processes in the anode path of the fuel cell or for optimized operation of a suction jet pump in a fuel cell assembly, additional switching operations may also be desired. Furthermore, due to tolerances the magnetic force or the spring forces or temperature influences in the proportional valve, a scattering of the injection quantity of the gaseous medium is present.
  • the invention relates to a method for operating a fuel cell assembly and to an apparatus for carrying out the method. Thereby, an improvement of the metering accuracy of the gaseous medium and thus an optimized operation of the entire fuel cell assembly can be achieved.
  • the proportional valve supplies a hydrogen mass flow to an anode region of the fuel cell.
  • the method is characterized by the following steps:
  • the operating point of the metering valve can be determined from a desired operating point of the fuel cell.
  • a relation between the electric current intensity at the proportional valve and the hydrogen mass flow can be determined and stored.
  • the necessary current at the metering valve can be determined. This method can be carried out in particular in the first hours of operation, when all components are working optimally and no leaks are still present. However, it is also possible to carry out the process over the entire life of the fuel cell, so that at any time corrections to the functional correlation between the electric current at the proportional valve and the hydrogen mass flow can be made.
  • the fuel cell arrangement comprises a jet pump which is fluidically connected to the proportional valve via the supply line and supplies the hydrogen mass flow to the anode region of the fuel cell.
  • the pressure is measured at least temporarily, preferably continuously, in the supply line by means of a pressure measuring unit.
  • the pressure is measured by means of the pressure measuring unit and stored in the functional correlation for the respectively applied electric current intensity at the proportional valve.
  • the hydrogen mass flow is determined by means of a known mass correlation between the hydrogen mass flow and the electric current to the fuel cell from the electric current to the fuel cell.
  • This known mass correlation can be determined, for example, from the efficiency of the fuel cell.
  • An apparatus for carrying out the method has a control unit, in which the previously known mass correlation is stored and by which the method is carried out, and a memory unit, in which the previously known mass correlation is stored and the functional correlation can be stored.
  • the control unit comprises one or more control devices, and advantageously the control device or the plurality of control devices comprise the memory unit.
  • the described method and the device are preferably suitable in a fuel cell arrangement for controlling a hydrogen supply to an anode region of a fuel cell. Advantages are the low pressure fluctuations in the anode path and a quiet operation.
  • 1 shows a possible embodiment of a fuel cell arrangement in an anode region of a fuel cell in a schematic representation
  • 2 shows a flow chart for an exemplary embodiment of a method according to the invention for operating a fuel cell arrangement
  • Fig. 3 possible embodiment of the functional correlation between the electric current on a proportional valve and a hydrogen mass flow.
  • Fig.l shows a possible embodiment of a fuel cell assembly 1 in a schematic representation.
  • the fuel cell assembly 1 comprises an electromagnetically controlled proportional valve 4 and a jet pump 2, which are arranged in a supply line 16. Furthermore, the fuel cell assembly 1 comprises a fuel cell 10 with an anode region 101 and a cathode region 102. Through the supply line 16 is the anode region 101 of the fuel cell 10 gaseous medium, a hydrogen mass flow supplied. The hydrogen mass flow is controlled by the proportional valve 4 to the jet pump 2 and fed through this to the anode region 101 of the fuel cell 10. The proportional valve 4 is supplied via the supply line 16 through a tank 25 with hydrogen.
  • the anode region 101 of the fuel cell 10 is furthermore connected to a return line 14, via which unused hydrogen from the fuel cell 10 is fed to a nozzle region 3 of the jet pump 2.
  • the unused hydrogen is sucked into the nozzle region 3 of the jet pump 2 and guided back into the anode region 101 of the fuel cell 10 by means of momentum transfer of the hydrogen from the proportional valve 4.
  • a water separator 13 is arranged with a drain valve 12.
  • the chemical reaction in the fuel cell, in addition to the unused hydrogen and water and nitrogen are passed from the anode region of the fuel cell.
  • the water separator 13 separates the unused hydrogen from the water and the nitrogen and conducts this again. the back into the supply line 16.
  • the water and the nitrogen can be released as needed by the discharge valve 12 from the fuel cell assembly 1 to the outside.
  • a pressure unit 6, 8 is arranged in the supply line 16 before the proportional valve 4 and after the jet pump 2, so that the pressure is measured at least temporarily, preferably continuously, in the supply line 16.
  • a control unit 17 is arranged, which comprises a control unit 17.
  • the control unit 17 is electrically connected to the proportional valve 4 and the fuel cell 10 and the pressure unit 6, 8.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a method 200 for operating a fuel cell assembly 1, as shown for example in Fig.l.
  • a first electric current is applied.
  • the proportional valve 4 is opened so far that a first hydrogen mass flow 20 is supplied via the supply line 16 and the jet pump 2 to the anode region 101 of the fuel cell 10 (application 24).
  • a first electric current is measured at the fuel cell 10 (measurement 26).
  • control unit 17 is a known mass correlation between the hydrogen mass flow 20 and the electric current stored at the fuel cell 10, which has been determined on the efficiency of the fuel cell 10. With the aid of this known mass correlation, the first hydrogen mass flow 20 is determined (determination 28). The first applied electric current at the proportional valve 4 is then assigned to the determined first hydrogen mass flow (assignment 30). The already mentioned steps of the method 200 are repeated with at least a second electric current at the proportional valve 4 (repeat 32). For precise and optimized operation, these method steps can be repeated as often as desired with different electrical currents at the proportional valve 4.
  • control unit 17 outputs a functional correlation 23 between the electric current intensity 18 at the proportional valve 4 and the hydrogen mass flow 20 (output 34).
  • control unit 17 may comprise the memory unit 21.
  • the storage unit 21 may, for example, also comprise a server.
  • a plurality of control units can also be used.
  • a pressure measuring unit 6 is arranged, which measures the pressure in the supply line 16. This value can also be stored with the respective applied electric current of the proportional valve 4 in the functional correlation 23. Furthermore, the pressure downstream of the proportional valve 4 in the supply pipe 16 is measured by means of a pressure measuring unit 8. This can also be stored with the respective applied electric current of the proportional valve 4 in the functional correlation 23. Thereby, the functional correlation 23 can be corrected so that it can be used independently of pressure.
  • FIG. 3 shows a functional correlation 23 between the electric current 18 at the proportional valve 4 and the hydrogen mass flow 20.
  • the functional correlation 23 is designed as a linear characteristic curve 22. It can be seen from the linear characteristic curve 22 that a minimum electric current 36 is necessary for opening the proportional valve 4. Once the minimum electrical current of 36 has been reached, a hydrogen mass flow 20 is released by the proportional valve 4. From then on, the hydrogen mass flow 20 is linear to the electric current 18, so that via a required hydrogen mass flow 38 directly an electric current 37 at the proportional valve 4 can be determined.
  • it is not just a linear correlation 23, but every other one as well
  • the functional correlation 23 has a hysteresis. That is, depending on the starting value and the end value of the electric current at the proportional valve 4, the functional correlation 23 may vary. Therefore, the method can be repeated at different starting and ending values of the electric current of the proportional valve 4 and vice versa, to take into account a possible hysteresis and to correct them in the functional correlation 23.

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Abstract

Verfahren (200) zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung (1) mit einer Brennstoffzelle (10), einem elektromagnetisch gesteuerten Proportionalventil (4) und einer Zufuhrleitung (16), wobei das Proportionalventil (4) über die Zufuhrleitung (16) einen Wasserstoffmassenstrom (20) einem Anodenbereich (101) der Brennstoffzelle (10) zuführt, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schritte: 1) Anlegen (24) einer ersten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4), wobei das Proportionalventil (4) so weit geöffnet wird, so dass ein erster Wasserstoffmassenstrom (20) über die Zufuhrleitung (16) zu dem Anodenbereich (101) der Brennstoffzelle (10) eingeleitet wird; 2) Messen (26) einer ersten elektrischen Stromstärke an der Brennstoffzelle (10), die sich bei diesem Massenstrom einstellt; 3) Bestimmen (28) des ersten Wasserstoffmassenstroms (20) durch die gemessene erste elektrische Stromstärke an der Brennstoffzelle (10); 4) Zuordnen (30) der angelegten ersten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4) zu dem bestimmten ersten Wasserstoffmassenstrom (20); 5) Wiederholen (32) der Schritte 1 bis 4 durch Anlegen mindestens einer zweiten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4), wobei die erste elektrische Stromstärke an dem Proportionalventil (4) nicht gleich der zweiten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4) ist; 6) Ausgeben (34) einer funktionalen Korrelation (23) zwischen der elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4) und dem Wasserstoffmassenstrom (20).

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, beispielsweise zur Anwendung in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb.
Stand der Technik
Die DE 10 2012 204 565 AI beschreibt ein Proportionalventil, das Teil einer Brennstoffzellenanordnung ist, zum Steuern eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, wobei das Proportionalventil einen Düsenkörper, ein Schließelement und ein elastisches Dichtelement umfasst. In dem Düsenkörper ist wenigstens eine Durchlassöffnung ausgebildet, welche durch das Schließelement an einem Ventilsitz freigegeben oder verschlossen werden kann. Das elastische Dichtelement dichtet dabei am Ventilsitz ab. Das Schließelement ist durch einen Elektromagneten hubbewegbar und wird durch eine Feder in Richtung des Ventilsitzes kraftbeaufschlagt.
Proportionalventile zeichnen sich dadurch aus, dass bei deren Verwendung nur geringe Druckschwankungen im Anodenpfad einer Brennstoffzelle auftreten und ein leiser Betrieb gewährleistbar ist. Im normalen Betriebsbereich des Proportionalventils treten häufige Öffnungs- und Schließvorgänge auf. Zur Optimierung von Spülvorgängen im Anodenpfad der Brennstoffzelle oder zum optimierten Betrieb einer Saugstrahlpumpe in einer Brennstoffzellenanordnung können auch zusätzliche Schaltvorgänge gewünscht sein. Weiterhin ist aufgrund von Toleranzen der Magnetkraft oder der Federkräfte oder Temperatureinflüssen in dem Proportionalventil eine Streuung der Einspritzmenge des gasförmigen Mediums vorhanden.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Dadurch kann eine Verbesserung der Zumessgenauigkeit des gasförmigen Mediums und damit eine optimierte Funktionsweise der gesamten Brennstoffzellenanordnung erzielt werden.
Dies wird erreicht mit einem Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung mit einer Brennstoffzelle, einem elektromagnetisch gesteuerten Proportionalventil und einer Zufuhrleitung. Das Proportionalventil führt einen Wasserstoffmassenstrom einem Anodenbereich der Brennstoffzelle zu. Das Verfahren zeichnet sich durch die nachfolgenden Schritte aus:
1. Anlegen einer ersten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil, wobei das Proportionalventil so weit geöffnet wird, so dass ein erster Wasserstoffmassenstrom über die Zufuhrleitung zu einem Anodenbereich der Brennstoffzelle eingeleitet wird;
2. Messen einer ersten elektrischen Stromstärke an der Brennstoffzelle;
3. Bestimmen des ersten Wasserstoffmassenstroms durch die gemessene erste elektrische Stromstärke an der Brennstoffzelle;
4. Zuordnen der angelegten ersten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil zu dem bestimmten ersten Wasserstoffmassenstrom;
5. Wiederholen der Schritte 1 bis 4 durch Anlegen mindestens einer zweiten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil, wobei die erste elektrische Stromstärke an dem Proportionalventil nicht gleich der zweiten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil ist;
6. Ausgeben einer funktionalen Korrelation zwischen der elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil und dem Wasserstoffmassenstrom. Dadurch kann aus einem gewünschten Betriebspunkt der Brennstoffzelle der Betriebspunkt des Dosierventils ermittelt werden. Durch den Betriebspunkt der Brennstoffzelle kann eine Relation zwischen der elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil und dem Wasserstoffmassenstrom bestimmt und gespeichert werden. So kann aus einem vorgegebenen Betriebspunkt der Brennstoffzelle der notwendige Strom am Dosierventil bestimmt werden. Dieses Verfahren kann insbesondere in den ersten Betriebsstunden durchgeführt werden, wenn alle Komponenten optimal arbeiten und noch keine Leckagen vorhanden sind. Es ist jedoch auch möglich, das Verfahren über die gesamte Lebensdauer der Brennstoffzelle auszuführen, so dass jederzeit Korrekturen an der funktionalen Korrelation zwischen der elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil und dem Wasserstoffmassenstrom vorgenommen werden können.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Brennstoffzellenanordnung eine Strahlpumpe umfasst, welche über die Zufuhrleitung fluidisch mit dem Proportionalventil verbunden ist und dem Anodenbereich der Brennstoffzelle den Wasserstoffmassenstrom zuführt. Dadurch wird eine Verbesserung der Funktionsweise der gesamten Brennstoffzellenanordnung erzielt.
In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass der Druck zumindest zeitweise, vorzugsweise kontinuierlich, in der Zufuhrleitung mittels einer Druckmesseinheit gemessen wird. Vorteilhafterweise wird stromaufwärts des Proportionalventils der Druck mittels der Druckmesseinheit gemessen und für die jeweils angelegte elektrische Stromstärke an dem Proportionalventil in der funktionalen Korrelation gespeichert. So kann eine optimale Durchführung des Verfahrens, angepasst an die Gegebenheiten in der Brennstoffzellenanordnung, erzielt werden.
In vorteilhafter Weiterbildung wird der Wasserstoffmassenstrom mittels einer vorbekannten Massenkorrelation zwischen dem Wasserstoffmassenstrom und der elektrischen Stromstärke an der Brennstoffzelle aus der elektrischen Stromstärke an der Brennstoffzelle bestimmt. Diese vorbekannte Massen korrelation kann beispielsweise aus dem Wirkungsgrad der Brennstoffzelle bestimmt werden. Durch diese kann der Wasserstoffmassenstrom der elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil zugeordnet werden, wodurch die Toleranzen einer Einspritzmengenstreuung des Proportionalventils minimiert werden.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine Steuereinheit, in welcher die vorbekannte Massenkorrelation gespeichert ist und durch welche das Verfahren ausgeführt wird, und eine Speichereinheit auf, in welcher die vorbekannte Massenkorrelation hinterlegt ist und die funktionale Korrelation speicherbar ist. Vorteilhafterweise umfasst die Steuereinheit ein Steuergerät oder mehrere Steuergeräte und vorteilhafterweise umfassen das Steuergerät oder die mehreren Steuergeräte die Speichereinheit. Dadurch kann das Verfahren in einfacher Weise und ohne konstruktive Änderungen an der Brennstoffzellenanordnung ausgeführt werden.
Das beschriebene Verfahren und die Vorrichtung eignen sich vorzugsweise in einer Brennstoffzellenanordnung zum Steuern einer Wasserstoffzufuhr zu einem Anodenbereich einer Brennstoffzelle. Vorteile sind die geringen Druckschwankungen im Anodenpfad und ein leiser Betrieb.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
Es zeigen:
Fig. 1 eine mögliche Ausführung einer Brennstoffzellenanordnung in einem Anodenbereich einer Brennstoffzelle in schematischer Darstellung, Fig. 2 ein Ablaufplan für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung,
Fig. 3 mögliche Ausführung der funktionalen Korrelation zwischen elektrischen Stromstärke an einem Proportionalventil und einem Wasserstoff massenstrom.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig.l zeigt eine mögliche Ausführung einer Brennstoffzellenanordnung 1 in sche- matischer Darstellung. Die Brennstoffzellenanordnung 1 umfasst ein elektromagnetisch gesteuertes Proportionalventil 4 und eine Strahlpumpe 2, welche in einer Zufuhrleitung 16 angeordnet sind. Weiterhin umfasst die Brennstoffzellenanordnung 1 eine Brennstoffzelle 10 mit einem Anodenbereich 101 und einem Kathodenbereich 102. Durch die Zufuhrleitung 16 wird dem Anodenbereich 101 der Brennstoffzelle 10 gasförmiges Medium, ein Wasserstoff massenstrom, zugeführt. Der Wasserstoffmassenstrom wird durch das Proportionalventil 4 zu der Strahlpumpe 2 gesteuert und durch diesen dem Anodenbereich 101 der Brennstoffzelle 10 zugeführt. Das Proportionalventil 4 wird über die Zufuhrleitung 16 durch einen Tank 25 mit Wasserstoff versorgt.
Der Anodenbereich 101 der Brennstoffzelle 10 ist weiterhin mit einer Rückführleitung 14 verbunden, über die nicht verbrauchter Wasserstoff aus der Brennstoffzelle 10 einem Düsenbereich 3 der Strahlpumpe 2 zugeführt wird. Der nicht verbrauchte Wasserstoff wird in den Düsenbereich 3 der Strahlpumpe 2 angesaugt und mittels Impulsübertrag des Wasserstoffs aus dem Proportionalventil 4 wieder zurück in den Anodenbereich 101 der Brennstoffzelle 10 geführt. In der Rückführleitung 14 ist ein Wasserabscheider 13 mit einem Ablassventil 12 angeordnet. Durch die chemische Reaktion in der Brennstoffzelle werden neben dem nicht verbrauchten Wasserstoff auch Wasser und Stickstoff aus dem Anodenbereich der Brennstoffzelle geleitet. Der Wasserabscheider 13 trennt den nicht verbrauchten Wasserstoff von dem Wasser und dem Stickstoff und leitet diesen wie- der zurück in die Zufuhrleitung 16. Das Wasser und der Stickstoff können bei Bedarf durch das Ablassventil 12 aus der Brennstoffzellenanordnung 1 nach außen freigegeben werden.
Weiterhin ist in der Zufuhrleitung 16 vor dem Proportionalventil 4 und nach der Strahlpumpe 2 eine Druckeinheit 6, 8 angeordnet, so dass der Druck zumindest zeitweise, vorzugsweise kontinuierlich, in der Zufuhrleitung 16 gemessen wird. Durch eine Wasserstoff-Zudosierung des Proportionalventils 4 in den Anodenbereich 101 der Brennstoffzelle 10 erfolgt eine Druckregelung in dem Anodenbereich 101 der Brennstoffzelle 10.
In der Brennstoffzellenanordnung 1 ist eine Steuereinheit 17 angeordnet, welche ein Steuergerät 17 umfasst. Das Steuergerät 17 ist mit dem Proportionalventil 4 und der Brennstoffzelle 10 sowie der Druckeinheit 6, 8 elektrisch verbunden.
Fig.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 200 zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung 1, wie sie beispielsweise in Fig.l gezeigt ist.
An dem Proportionalventil 4 wird eine erste elektrische Stromstärke angelegt. Dabei wird das Proportionalventil 4 so weit geöffnet, dass ein erster Wasserstoffmassenstrom 20 über die Zufuhrleitung 16 und die Strahlpumpe 2 dem Anodenbereich 101 der Brennstoffzelle 10 zugeführt wird (Anlegen 24). Durch den zugeführten ersten Wasserstoffmassenstrom 20 wird an der Brennstoffzelle 10 eine elektrische Leistung erzeugt. Mittels des Steuergeräts 17 wird eine erste elektrische Stromstärke an der Brennstoffzelle 10 gemessen (Messen 26).
In dem Steuergerät 17 ist eine vorbekannte Massenkorrelation zwischen dem Wasserstoffmassenstrom 20 und der elektrischen Stromstärke an der Brennstoffzelle 10 hinterlegt, welche über den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle 10 ermittelt wurde. Mit Hilfe dieser vorbekannten Massenkorrelation wird der erste Wasserstoffmassenstrom 20 bestimmt (Bestimmen 28). Die erste angelegte elektrische Stromstärke an dem Proportionalventil 4 wird dann zu dem bestimmten ersten Wasserstoffmassenstrom zugeordnet (Zuordnen 30). Die bereits genannten Schritte des Verfahrens 200 werden mit mindestens einer zweiten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil 4 wiederholt (Wiederholen 32). Für eine genaue und optimierte Funktionsweise können diese Verfahrensschritte beliebig oft mit verschiedenen elektrischen Stromstärken an dem Proportionalventil 4 wiederholt werden.
Je nach gewünschter Genauigkeit werden mehrere Messungen durchgeführt und vom Steuergerät 17 eine funktionale Korrelation 23 zwischen der elektrischen Stromstärke 18 an dem Proportionalventil 4 und dem Wasserstoffmassenstrom 20 ausgegeben (Ausgeben 34).
Diese funktionale Korrelation 23 wird in einer Speichereinheit 21 hinterlegt, wobei das Steuergerät 17 dabei die Speichereinheit 21 umfassen kann. Die Speichereinheit 21 kann beispielsweise auch einen Server umfassen. Weiterhin können statt dem einen Steuergerät 17 auch mehrere Steuergeräte verwendet werden.
Stromaufwärts des Proportionalventils 4 ist eine Druckmesseinheit 6 angeordnet, die den Druck in der Zufuhrleitung 16 misst. Dieser Wert kann ebenfalls mit der jeweils angelegten elektrischen Stromstärke des Proportionalventils 4 in der funktionalen Korrelation 23 gespeichert werden. Weiterhin wird der Druck stromabwärts des Proportionalventils 4 in der Zufuhrleitung 16 mittels einer Druckmesseinheit 8 gemessen. Dieser kann ebenso mit der jeweils angelegten elektrischen Stromstärke des Proportionalventils 4 in der funktionalen Korrelation 23 gespeichert werden. Dadurch kann die funktionale Korrelation 23 so korrigiert werden, dass diese druckunabhängig verwendet werden kann.
Fig. 3 zeigt eine funktionale Korrelation 23 zwischen der elektrischen Stromstärke 18 an dem Proportionalventil 4 und dem Wasserstoffmassenstrom 20. Hier ist die funktionale Korrelation 23 als lineare Kennlinie 22 ausgebildet. Aus der linearen Kennlinie 22 ist ersichtlich, dass zur Öffnung des Proportionalventils 4 eine elektrische Mindeststromstärke 36 notwendig ist. Ist die elektrische Mindeststromstärke 36 erreicht, wird von dem Proportionalventil 4 ein Wasserstoffmassenstrom 20 freigegeben. Ab dann ist der Wasserstoffmassenstrom 20 linear zu der elektrischen Stromstärke 18, so dass über einen benötigten Wasserstoffmassenstrom 38 direkt eine elektrische Stromstärke 37 an dem Proportionalventil 4 bestimmt werden kann. Es ist jedoch nicht nur eine lineare Korrelation 23, sondern auch jede andere
Form möglich. Weiterhin ist zu beachten, dass die funktionale Korrelation 23 eine Hysterese aufweist. Das heißt, je nach Startwert und Endwert der elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil 4 kann die funktionale Korrelation 23 variieren. Daher kann das Verfahren bei verschiedenen Start- und Endwerten der elektrischen Stromstärke des Proportionalventils 4 sowie umgekehrt wiederholt werden, um eine mögliche Hysterese zu berücksichtigen und diese in der funktionalen Korrelation 23 zu korrigieren.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (200) zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung (1) mit einer Brennstoffzelle (10), einem elektromagnetisch gesteuerten Proportionalventil (4) und einer Zufuhrleitung (16), wobei das Proportionalventil (4) über die Zufuhrleitung (16) einen Wasserstoffmassenstrom (20) einem Anodenbereich (101) der Brennstoffzelle (10) zuführt, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schritte:
Anlegen (24) einer ersten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4), wobei das Proportionalventil (4) so weit geöffnet wird, so dass ein erster Wasserstoffmassenstrom (20) über die Zufuhrleitung (16) zu dem Anodenbereich (101) der Brennstoffzelle (10) eingeleitet wird;
Messen (26) einer ersten elektrischen Stromstärke an der Brennstoffzelle (10), die sich bei diesem Massenstrom einstellt;
Bestimmen (28) des ersten Wasserstoffmassenstroms (20) durch die gemessene erste elektrische Stromstärke an der Brennstoffzelle (10); Zuordnen (30) der angelegten ersten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4) zu dem bestimmten ersten Wasserstoffmassenstrom (20);
Wiederholen (32) der Schritte 1 bis 4 durch Anlegen mindestens einer zweiten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4), wobei die erste elektrische Stromstärke an dem Proportionalventil (4) nicht gleich der zweiten elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4) ist;
Ausgeben (34) einer funktionalen Korrelation (23) zwischen der elektrischen Stromstärke an dem Proportionalventil (4) und dem Wasserstoffmassenstrom (20). Verfahren (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenanordnung (1) eine Strahlpumpe (2) umfasst, welche über die Zufuhrleitung (16) fluidisch mit dem Proportionalventil (4) verbunden ist und dem Anodenbereich (101) der Brennstoffzelle (10) den Wasserstoffmassenstrom (20) zuführt.
Verfahren (200) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck zumindest zeitweise, vorzugsweise kontinuierlich, in der Zufuhrleitung (16) mittels einer Druckmesseinheit (6, 8) gemessen wird.
Verfahren (200) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Proportionalventils (4) der Druck mittels der Druckmesseinheit (6) gemessen und für die jeweils angelegte elektrische Stromstärke an dem Proportionalventil (4) in der funktionalen Korrelation (23) gespeichert wird.
Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffmassenstrom (20) mittels einer vorbekannten Massen korrelation zwischen dem Wasserstoffmassenstrom (20) und der elektrischen Stromstärke an der Brennstoffzelle (10) aus der elektrischen Stromstärke an der Brennstoffzelle (10) bestimmt wird.
Vorrichtung (15) zur Durchführung des Verfahrens (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Steuereinheit (17), in welcher die vorbekannte Massen korrelation gespeichert ist und durch welche die Schritte 1 bis 6 des Verfahrens nach Anspruch 1 ausgeführt werden, und eine Speichereinheit (21), in welcher die vorbekannte Massenkorrelation hinterlegt ist und die funktionale Korrelation (23) speicherbar ist.
Vorrichtung (15) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (17) ein Steuergerät oder mehrere Steuergeräte umfasst.
Vorrichtung (15) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät oder die mehreren Steuergeräte die Speichereinheit (21) umfassen. Brennstoffzellenanordnung (1) mit einer Vorrichtung (15) nach einem Ansprüche 6 bis 8.
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