WO2019121132A1 - Verfahren und prüfstand zur durchführung eines prüflaufs für eine brennstoffzelle - Google Patents

Verfahren und prüfstand zur durchführung eines prüflaufs für eine brennstoffzelle Download PDF

Info

Publication number
WO2019121132A1
WO2019121132A1 PCT/EP2018/084266 EP2018084266W WO2019121132A1 WO 2019121132 A1 WO2019121132 A1 WO 2019121132A1 EP 2018084266 W EP2018084266 W EP 2018084266W WO 2019121132 A1 WO2019121132 A1 WO 2019121132A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
test
test stand
real
nan
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/084266
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
János KANCSÁR
Christoph KÜGELE
Stefan Jakubek
Christoph HAMETNER
Original Assignee
Avl List Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Avl List Gmbh filed Critical Avl List Gmbh
Publication of WO2019121132A1 publication Critical patent/WO2019121132A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/0488—Voltage of fuel cell stacks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04305—Modeling, demonstration models of fuel cells, e.g. for training purposes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • 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
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04895—Current
    • H01M8/0491—Current of fuel cell stacks
    • 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
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • 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
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04949—Electric variables other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H01M8/04952—Electric variables other electric variables, e.g. resistance or impedance of fuel cell stacks
    • 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
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • 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
    • 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 subject invention relates to a method for carrying out a test run on a test stand for a fuel cell and a test stand therefor.
  • the proton exchange membrane fuel cell has emerged as one of the most promising technologies because it can operate at low temperatures, provide fast response time, high power density, and zero emissions (reactants only hydrogen and oxygen ) can be operated.
  • PEMFC proton exchange membrane fuel cell
  • AFC alkaline fuel cell
  • DMFC direct methanol fuel cell
  • DEFC direct ethanol fuel cell
  • MCFC molten carbonate fuel cell
  • a fuel cell uses one reactant each for the anode and for the cathode, for example oxygen O 2 (also in the form of air) and hydrogen H 2 , which react electrochemically to produce electricity. see electricity generating.
  • oxygen O 2 also in the form of air
  • hydrogen H 2 react electrochemically to produce electricity. see electricity generating.
  • the structure and functions of the various fuel cells are well known, which is why it will not be discussed in more detail here.
  • the desired durability and performance as well as power density necessary for economical and efficient use of fuel cells to generate electrical energy can only be achieved with a fuel cell if the reactants are conditioned for operation that is, the states of the reactants have specific values. Depending on the type of fuel cell, it may be necessary to condition only one of the reactants or both reactors. Often, one or more of the following state variables of a reactant are set during conditioning: pressure, temperature, relative humidity, mass flow. Of course, this requires corresponding ancillary equipment for varying a state quantity for the operation of the fuel cell. Such ancillary equipment for the conditioning of a reactant may be compressors, heat exchangers, humidifiers, dryers, heating or cooling devices, valves, pumps, recirculation fans, etc.
  • the extracted electrical power is often "conditioned", since the fuel cell stack can deliver only a certain electrical voltage, but an electric power is requested. This can be realized, for example, with inverters or electrical intermediate stores (batteries) as ancillary units.
  • FCCU fuel cell control unit
  • CN 104 062 596 A describes a hardware-in-the-loop test system for a fuel cell, in which the fuel cell stack is operated with simulated ancillary units.
  • the development goal is evidently the development of the fuel cell stack on a test bench, without having to provide the various physical ancillary components on the test bench.
  • this does not take into account the dynamic interaction of the real secondary units in real operation of the fuel cell, so that this test system is an advance for the development of the fuel cell, but only partially exploits the potential for development to improve the fuel cell.
  • At least one real auxiliary unit of the fuel cell which influences a state variable of a fuel cell reactant or an electrical state variable of the fuel cell, is replaced on the test bench by an emulation module, and a dynamic simulation model is carried out for this auxiliary unit which simulates the dynamic behavior of the real accessory to perform the test run, and the emulation module which is simulated by the simulation mode. dell simulated change of the state variable on the test bench with the dynamics of the simulation.
  • the dynamic behavior of the overall system (fuel cell stack including all auxiliary units) on the test bench can be subjected to a dynamic test run, even if not all ancillary units are at the test bench are built up real. Not even a single real auxiliary unit needs to be present on the test bench, but at least one real auxiliary unit on the test bench has to be replaced by an emulation module. In the minimal configuration, therefore, only the fuel cell stack and an emulation module are set up on the test bench. Thus, the dynamic interactions in the overall composite can be taken into account, whereby the development potential for the fuel cell can be exploited much better.
  • the simulation models can thus also take into account the influences of the ancillary components, which also makes it possible to develop the ancillary units more specifically for use in a specific fuel cell.
  • At least one real auxiliary unit can be used on the test stand in order to influence at least one further state variable of the fuel cell at the test stand. This also enables the combination of real ancillary components and ancillary components simulated with simulation model and emulation hardware on the test bench.
  • the fuel cell is connected to the test stand for carrying out the test run with an electrical load in order to take into account the load of the fuel cell in the test run targeted.
  • the simulation of an auxiliary unit can be improved if at least one measuring sensor on the test bench detects a measured value of the emulation module or a measured value of the at least one real auxiliary unit or the electrical load and the at least one measured value is processed in a simulation model for carrying out the test run.
  • FIG. 1 shows a test stand according to the invention for a fuel cell with real auxiliary units and with simulated ancillary units.
  • stationary operation a desired operating point of the technical system is set, for example by adjusting available actuators of the technical system in order to adjust certain controlled variables. After the There is a transient phase in which the system settles down to the desired working point. After all transients have subsided, this is called stationary operation.
  • stationary operation a desired operating point of the technical system is set, for example by adjusting available actuators of the technical system in order to adjust certain controlled variables.
  • transient phase in which the system settles down to the desired working point.
  • stationary operation In the example of a fuel cell, for example, with a mass flow controller, the mass flow, with a humidifier, the relative humidity and a tempering the temperature of a reactant changed (of course, any other control variables can be changed).
  • “Dynamic” in the sense of the present invention thus means a temporal change of a controlled variable that is so fast that the technical system to which the control variable acts can not reach a stationary operating point.
  • a change rate of a controlled variable in the range of up to (a few) hundred milliseconds can be regarded as dynamic because technical systems usually have a have significantly greater inertia.
  • controlled variables are typically controlled with time steps in the range of seconds to milliseconds (depending on the controlled variable and on the system state), whereby the controlled variable can also undergo a change in this time step.
  • FIG. 1 shows a test stand 1 according to the invention for testing the dynamic behavior of a fuel cell 2.
  • a fuel cell stack 3 which comprises at least one cell, is set up on the test bench 1.
  • the fuel cell 2 is controlled by a fuel cell control unit FCCU.
  • the fuel cell control unit FCCU is usually supplied by an upper-level control unit (eg a drive train control unit of a vehicle) with an electric current I or an electric power (or more rarely an electric voltage U) supplied by the Fuel cell 2 is requested, given.
  • an upper-level control unit eg a drive train control unit of a vehicle
  • the fuel cell control unit FCCU determines therefrom the required manipulated variables STG for the auxiliary units of the fuel cell 2, which are set on the ancillary units in order to generate the requested electric current I or the requested electrical power (or voltage). For the invention, it is assumed that at least certain auxiliary units of the fuel cell 2 are not actually present on the test bench 1.
  • a number m> 0 of real ancillary units NAm for the operation of the fuel cell for example for conditioning a reactant of the fuel cell 2
  • a state variable Zm of the fuel cell for example a reactant or an electric fuel cell State variable, influence.
  • a number n> 1 of ancillary units of the fuel cell are not actually constructed on the test stand, but are replaced on the test stand 1 by emulation modules EMn and emulated by the emulation modules EMn. At least one emulation module EMn is provided on the test stand 1 as a replacement for a real auxiliary unit NAn.
  • a state variable Zn of the fuel cell for example a reactant or an electrical state variable
  • an emulation module EMn there may also be transverse dependencies, ie a change in a state variable Zm or Zn, at the same time also influences a state variable Zm or Zn and leads to a change in the other state variable.
  • "Really constructed” means that one component is at the test stand 1 as installed in the real fuel cell 2.
  • "Imitated” means that emulation hardware is present at the test stand 1 with an emulation module EMn which realistically simulates the real behavior of a real ancillary unit NAn.
  • all real ancillary units NAn of the fuel cell 2 on the test bench 1 are emulated by emulation modules EMn.
  • the dynamic behavior of the simulated ancillary units NAn is simulated for each emulation module EMn by means of simulation models Mn in a simulation unit 4.
  • the emulation modules EMn In order to be able to simulate the dynamic behavior of the real ancillary components as well as dynamic interactions of the real ancillary units with each other or with the fuel cell stack 3, the emulation modules EMn must be sufficiently fast to follow rapid dynamic changes of a state variable Zk
  • the simulation models Mn have to simulate the dynamic behavior of the real ancillary components with sufficient accuracy.
  • a simulation model Mn must therefore not only calculate a steady-state operating point when a manipulated variable STG is changed, but must also map the dynamic behavior, such as rise times, overshoot, etc., of the state variable Zk.
  • An emulation module EMn must therefore at least have the dynamics of the simulation by the simulation model Mn, so that the state variable Zk on the test stand 1 can be set sufficiently fast and thus the simulation can follow.
  • a suitable controller (not shown in FIG. 1) is usually implemented, which adjusts the required change of the state variable Zk.
  • a number p> 1 of measuring sensors Sp are also provided in a fuel cell 2 in order to detect certain measured values MW which are required for controlling the fuel cell 2. Also on the test bench 1, corresponding measuring sensors Sp can be arranged, which supply their measured values MW to the simulation unit 4.
  • the fuel cell control unit FCCU processes, for example, these measured values MW.
  • the simulation models Mn can process measured values MW, depending on the implementation of the simulation model Mn.
  • the fuel cell control unit FCCU can be the real control unit installed in the fuel cell 2 or can also be simulated in the simulation unit 4, for example by appropriate software (indicated by the dashed line in the simulation unit 4). Thus, the fuel cell control unit FCCU can also be changed by the simulation in the simulation unit 4 for a test run on the test stand 1, in order to check certain effects on the behavior of the fuel cell 2.
  • the fuel cell control unit FCCU is independent of whether real ancillary units NAm or emulation modules EMn are controlled. The fuel cell control unit FCCU need not know this difference for performing a test run PL.
  • the fuel cell stack 3 can also be connected to the test stand 1 with an electrical load 5 in order to simulate a specific load state of the fuel cell 2 after a predetermined test run PL.
  • the test run PL is specified by a test stand driver, for example.
  • the execution of the test run PL itself can then be carried out fully automatically.
  • the load 5 is designed, for example, as a converter in order to set a specific electric current and / or electrical voltage.
  • a converter or electrical buffer of the fuel cell (as an accessory) could also be provided between the load 5 and the fuel cell stack 3.
  • Such an auxiliary unit could also be reproduced on the test bench 1 by a simulation model Mn in combination with an associated emulation module EMn.
  • a real load 5 on the test stand 1 for example an electric drive train of an electric vehicle or hybrid vehicle, or a part of such a drive train.
  • Measured values MW of the load 5 can also be detected and further processed with measuring sensors S3.
  • test run PL The execution of a test run PL is controlled by a test bed automation unit 6.
  • a test run PL is, for example, given as a time sequence of electrical currents and electrical voltages or as a time curve of an electrical power that is set at the load 5.
  • the test stand automation unit 6 supplies power request information (e.g., electric current I) to the fuel cell control unit FCCU. This is used by the fuel cell control unit FCCU as preliminary information in order to be able to prepare for the corresponding operating conditions.
  • power request information e.g., electric current I
  • the fuel cell control unit FCCU continuously supplies the maximum power currently available to the fuel cell 2 to the test standstem automation unit 6.
  • the required power requirement is reached after a certain time.
  • the load request to the load 5 is continuously limited by theticianstandstautomatmaschinestician 6 based on the feedback of the fuel cell control unit FCCU.
  • the full power requirement is only released when the fuel cell 2 has produced the necessary operating conditions. This results in a discrepancy between the performance requirement and the actual performance.
  • the unavailable power is temporarily transferred, for example, from a battery system provided or bridged.
  • the fürstandstautomatmaschinestician 6 can thus on the test bench 1, the function of a higher-level control unit, as would be present in a real application of the fuel cell 2, take over.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)

Abstract

Um für die Entwicklung der Brennstoffzellen die dynamischen Wechselwirkungen von Nebenaggregaten mit einem Brennstoffzellen-Stack, oder untereinander, besser berücksichtigen zu können, ist vorgesehen, dass zumindest ein reales Nebenaggregat (NAn) der Brennstoffzelle (2), das eine Zustandsgroße (Zn) eines Reaktanden der Brennstoffzelle (2) oder eine elektrische Zustandsgroße der Brennstoffzelle (2) beeinflusst, am Prüfstand (1) durch ein Emulationsmodul (EMn) ersetzt wird, und für dieses Nebenaggregat (NAn) ein dynamisches Simulationsmodell (Mn) ausgeführt wird, das zur Durchführung des Prüflaufs das dynamische Verhalten des realen Nebenaggregats (NAn) nachbildet, und das Emulationsmodul (EMn) die durch das Simulationsmodell (Mn) simulierte Änderung der Zustandsgroße (Zn) am Prüfstand (1) mit der Dynamik der Simulation einstellt.

Description

Verfahren und Prüfstand zur Durchführung eines Prüflaufs für eine Brennstoffzelle
Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung eines Prüflaufs auf einem Prüfstand für eine Brennstoffzelle und einen Prüfstand hierfür.
Es gibt bekanntermaßen verschiedene Typen von Brennstoffzellen. Die Protonenaus- tauschmembran-Brennstoffzelle (Proton Exchange Membrane Fuel Cell oder PEMFC) hat sich dabei als eine der vielversprechendsten Technologien herauskristallisiert, weil diese bei niedrigen Temperaturen betrieben werden kann, schnelle Ansprechzeit bietet, eine hohe Leistungsdichte aufweist und emissionsfrei (Reaktanden nur Wasserstoff und Sauerstoff) betrieben werden kann. Daneben gibt es allerdings noch eine Reihe anderer Brennstoffzel- len Technologien, wie beispielsweise eine Alkalische Brennstoffzelle (AFC), eine Direktme- thanol-Brennstoffzelle (DMFC), eine Direkt-Ethanol-Brennstoffzelle (DEFC), eine Schmelz- karbonat-Brennstoffzelle (MCFC), eine Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC), usw. Eine Brenn- stoffzelle verwendet für die Anode und für die Kathode je einen Reaktanden, z.B. Sauerstoff O2 (auch in Form von Luft) und Wasserstoff H2, die elektrochemisch reagieren um elektri- sehen Strom zu erzeugen. Der Aufbau und die Funktionen der verschiedenen Brennstoffzel- len sind hinreichend bekannt, weshalb hier nicht näher darauf eingegangen wird.
Die angestrebte Haltbarkeit und Leistungsfähigkeit sowie Leistungsdichte, die für einen wirt- schaftlichen und effizienten Einsatz von Brennstoffzellen zur Erzeugung elektrischer Energie, beispielsweise in einem Fahrzeug, notwendig sind, kann mit einer Brennstoffzelle jedoch nur dann erreicht werden, wenn die Reaktanden für den Betrieb konditioniert werden, die Zu standsgrößen der Reaktanden also bestimmte Werte aufweisen. Dabei kann es abhängig vom Typ der Brennstoffzelle notwendig sein nur einen der Reaktanden oder beide Reaktan- den zu konditionieren. Oftmals werden bei der Konditionierung eine oder auch mehrere der folgenden Zustandsgrößen eines Reaktanden eingestellt: Druck, Temperatur, relativer Feuchtigkeit, Massenstrom. Das erfordert natürlich entsprechende Nebenaggregate zum Verändern einer Zustandsgröße für den Betrieb der Brennstoffzelle. Solche Nebenaggregate für die Konditionierung eines Reaktanden können Verdichter, Wärmetauscher, Befeuchter, Trockner, Heiz- oder Kühleinrichtungen, Ventile, Pumpen, Rezirkulationsgebläse, usw. sein.
Im Betrieb der Brennstoffzelle ist auch die entnommene elektrische Leistung oftmals„kondi- tioniert“, da der Brennstoffzellen-Stack nur eine bestimmte elektrische Spannung liefern kann, aber eine elektrische Leistung angefordert wird. Das kann beispielsweise mit Umrich- tern oder elektrischen Zwischenspeichern (Batterien) als Nebenaggregate realisiert sein.
Im Betrieb der Brennstoffzelle werden diese Nebenaggregate von einer Brennstoffzellen- Steuereinheit (FCCU, Fuel Cell Control Unit) geregelt. Wenn von einer Brennstoffzelle gesprochen wird, ist daher in der Regel das System aus dem Brennstoffzellen-Stack (also die Summe der einzelnen Zellen) und den notwendigen Neben- aggregaten, als auch der Brennstoffzellen-Steuereinheit, gemeint.
Das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten einer Brennstoffzelle ist dabei durchaus komplex, was auch die Entwicklung einer Brennstoffzelle zu einer schwierigen Aufgabe macht. Allfällige Wechselwirkungen sind vor allem im dynamischen Betrieb der Brennstoff- zelle sehr komplex. Die heutige Entwicklung von Brennstoffzellen erfolgt daher im Wesentli- chen ohne Berücksichtigung von Wechselwirkungen zwischen dem Brennstoffzellen-Stack und den Nebenaggregaten oder zwischen den einzelnen Nebenaggregaten. Häufig werden geeignete Nebenaggregate ausgewählt und mit einem Brennstoffzellen-Stack zur Brenn- stoffzelle kombiniert. Nebenaggregate werden dazu in der Regel einzeln entwickelt und ge- testet. Bei diesem Vorgehen bleiben jedoch allfällig komplexe dynamische Wechselwirkun- gen beim Betrieb in einer Brennstoffzelle natürlich unberücksichtigt. Damit wird Optimie- rungspotential, vor allem hinsichtlich der dynamischen Steuerung und Regelung der Brenn- stoffzelle, in der heutigen Entwicklung nicht ausgeschöpft, was zu Effizienzeinbußen führen kann. Dazu kommt, dass mögliche Fehldesigns bestimmter Nebenaggregate, die erst im gesamten Verbund der Brennstoffzelle zum Vorschein kommen, nur mehr mit großem Auf- wand, hohen Kosten und großer zeitlicher Verzögerung korrigiert werden können.
Die CN 104 062 596 A beschreibt ein Hardware-in-the-Loop Testsystem für eine Brennstoff- zelle, bei der der Brennstoffzellen-Stack mit simulierten Nebenaggregaten betrieben wird.
Das Entwicklungsziel ist dabei offenbar die Entwicklung des Brennstoffzellen-Stacks auf ei- nem Prüfstand, ohne die verschiedenen physikalischen Nebenaggregate am Prüfstand vor- sehen zu müssen. Damit kann aber nicht die dynamische Wechselwirkung der realen Ne- benaggregate im realen Betrieb der Brennstoffzelle berücksichtigt werden, sodass dieses Testsystem für die Entwicklung der Brennstoffzelle zwar ein Fortschritt ist, aber das mögliche Entwicklungspotential zur Verbesserung der Brennstoffzelle nur bedingt ausschöpft.
Es ist daher eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, dynamische Wechselwirkungen von Nebenaggregaten mit einem Brennstoffzellen-Stack, oder untereinander, schon frühzei- tig im Entwicklungsprozess für eine Brennstoffzelle berücksichtigen zu können, um die Ent- wicklung der Brennstoffzelle zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein reales Nebenag- gregat der Brennstoffzelle, das eine Zustandsgröße eines Reaktanden der Brennstoffzelle oder eine elektrische Zustandsgröße der Brennstoffzelle beeinflusst, am Prüfstand durch ein Emulationsmodul ersetzt wird, und für dieses Nebenaggregat ein dynamisches Simulations- modell ausgeführt wird, das zur Durchführung des Prüflaufs das dynamische Verhalten des realen Nebenaggregats nachbildet, und das Emulationsmodul die durch das Simulationsmo- dell simulierte Änderung der Zustandsgröße am Prüfstand mit der Dynamik der Simulation einstellt. Durch die Verwendung eines dynamischen Simulationsmodells, das das dynami- sche Verhalten des Nebenaggregats nachbildet, kann das dynamische Verhalten des Ge- samtverbundes (Brennstoffzellen-Stack samt aller Nebenaggregate) am Prüfstand einem dynamischen Prüflauf unterworfen werden, auch wenn nicht alle Nebenaggregate am Prüf- stand real aufgebaut sind. Dabei muss nicht einmal ein einzige reales Nebenaggregat am Prüfstand vorhanden sein, aber zumindest ein reales Nebenaggregat am Prüfstand durch ein Emulationsmodul ersetzt sein. In der Minimalkonfiguration ist daher nur der Brennstoffzellen- Stack und ein Emulationsmodul am Prüfstand aufgebaut. Damit können die dynamischen Wechselwirkungen im Gesamtverbund mitberücksichtigt werden, womit das Entwicklungspo- tential für die Brennstoffzelle wesentlich besser ausgeschöpft werden kann. Insbesondere können damit durch die Simulationsmodelle auch Einflüsse der Nebenaggregate berücksich- tigt werden, was es auch ermöglicht die Nebenaggregate gezielter für den Einsatz in einer bestimmten Brennstoffzelle zu entwickeln.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann am Prüfstand zumindest ein reales Nebenaggregat verwendet werden, um zumindest eine weitere Zustandsgröße der Brennstoffzelle am Prüf- stand zu beeinflussen. Das ermöglicht auch die Kombination von realen Nebenaggregaten und mit Simulationsmodell und Emulationshardware nachgebildeten Nebenaggregaten am Prüfstand.
Vorzugsweise wird die Brennstoffzelle am Prüfstand zur Durchführung des Prüflaufs mit ei- ner elektrischen Last verbunden, um auch die Last der Brennstoffzelle im Prüflauf gezielt berücksichtigen zu können.
Die Simulation eines Nebenaggregates kann verbessert werden, wenn am Prüfstand zumin- dest ein Messsensor einen Messwert des Emulationsmoduls oder einen Messwert des zu- mindest einen realen Nebenaggregats oder der elektrischen Last erfasst und der zumindest eine Messwert in einem Simulationsmodell zur Durchführung des Prüflaufs verarbeitet wird.
Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur 1 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigt. Dabei zeigt
Fig.1 einen erfindungsgemäßen Prüfstand für eine Brennstoffzelle mit realen Neben- aggregaten und mit simulierten Nebenaggregaten.
Zunächst ist einleitend der Begriff„dynamisch“ im Sinne der Erfindung zu erläutern. Bei technischen Systemen unterscheidet man grundsätzlich zwischen einem stationären Betrieb und einem dynamischen Betrieb. Im stationären Betrieb wird ein gewünschter Betriebspunkt des technischen Systems eingestellt, beispielsweise indem verfügbare Aktuatoren des tech- nischen Systems verstellt werden, um gewisse Regelgrößen zu verstellen. Nach dem Ver- stellen gibt es eine Einschwingphase in der das System sich um den gewünschten Arbeits- punkt einpendelt. Nachdem alle Einschwingvorgänge abgeklungen sind spricht man von ei- nem stationären Betrieb. Im Beispiel einer Brennstoffzelle wird beispielsweise mit einem Massenflussregler der Massenfluss, mit einem Befeuchter die relative Feuchtigkeit und mit einer Temperiereinheit die Temperatur eines Reaktanden geändert (wobei natürlich auch beliebige andere Regelgrößen verändert werden können). Diese Änderung bewirkt natürlich eine Reaktion des technischen Systems, die sich jedoch nicht sofort einstellt, sondern sich erst nach einer gewissen Zeit, nach einer Einschwingphase und Stabilisierung des techni- schen Systems, einstellt. Dieser eingeschwungen Zustand des technischen Systems wird als stationärer Betriebspunkt bezeichnet. Es ist offensichtlich, dass keine absolute Zeit angege- ben werden kann, wann das technische System diesen stationären Betriebspunkt erreicht, da das vom technischen System selbst, aber auch von den eingestellten Änderungen und von Betriebspunkt selbst abhängig sein kann. Stationäre Betriebspunkte werden oftmals bei der Entwicklung oder der Prüfung des technischen Systems auf einem Prüfstand angefahren und es werden dabei in den stationären Betriebspunkten benötigte Messungen am techni- schen System vorgenommen, um eine Rückmeldung über das Verhalten des technischen Systems zu erhalten. Die (Weiter)Entwicklung eines Brennstoffzellen-Stacks nach der CN 104 062 596 A ist ein typisches Beispiel für die Anwendung stationärer Betriebspunkte, da das Verhalten der Brennstoffzelle in gewissen Betriebspunkten getestet werden soll.
Im dynamischen Betrieb des technischen Systems, was in der Regel einem Realbetrieb ent- spricht, kommt es hingegen zu kontinuierlichen (im Sinne einer Regelung des technischen Systems umfasst das natürlich eine Änderung in gewissen diskreten Zeitabständen) Ände- rungen der Aktuatoren. Damit werden die Regelgrößen kontinuierlich geregelt und folgen gewissen Vorgaben. Das technische System erreicht dabei in der Regel keinen stationären Betriebspunkt und befindet sich damit in der Regel immer im nicht eingeschwungenen, tran- sienten Zustand.
„Dynamisch“ im Sinne der gegenständlichen Erfindung bedeutet damit eine zeitliche Ände- rung einer Regelgröße, die so schnell ist, dass das technische System, auf die die Regel- größe wirkt, keinen stationären Betriebspunkt erreichen kann. Auch hier ist es natürlich nicht möglichen in absoluten Zahlen anzugeben wie und in welchen zeitlichen Abständen eine Regelgröße geändert werden muss, um„dynamisch“ zu sein. Das kann auch von der Regel- größe selbst abhängig sein. Bei üblichen technischen Systemen, vor allem bei Brennstoffzel- len wie in der gegenständlichen Erfindung, kann man aber davon ausgehen, dass eine Än- derungsrate einer Regelgröße im Bereich von bis zu (einigen) Hundert Millisekunden als dynamisch anzusehen ist, weil technische Systeme üblicherweise eine deutlich größere Trägheit aufweisen. Im Falle der relativen Feuchtigkeit eines Reaktanden einer Brennstoff- zelle, sind Änderungsraten im Bereich von einigen Sekunden noch als dynamisch anzuse- hen. Im Realbetrieb von Brennstoffzellen werden Regelgrößen typischerweise mit Zeitschrit ten im Bereich von Sekunden bis zu Millisekunden (je nach Regelgröße und nach Systemzu- stand) geregelt, womit die Regelgröße eine Änderung ebenfalls in diesem Zeitschritt erfahren kann.
Bei der gegenständlichen Erfindung geht es gerade um dieses dynamische Verhalten der Brennstoffzelle. In Fig.1 ist ein erfindungsgemäßer Prüfstand 1 zum Prüfen des dynamischen Verhaltens einer Brennstoffzelle 2. Am Prüfstand 1 ist ein Brennstoffzellen-Stack 3 aufge- baut, der zumindest eine Zelle umfasst. Die Brennstoffzelle 2 wird von einer Brennstoffzel- len-Steuereinheit FCCU gesteuert. Der Brennstoffzellen-Steuereinheit FCCU wird in der rea- len Anwendung in der Regel von einer übergeordneten Steuereinheit (z.B. eine Antriebs- strang-Steuereinheit eines Fahrzeugs) ein elektrischer Strom I oder eine elektrische Leistung (oder seltener eine elektrische Spannung U), der von der Brennstoffzelle 2 angefordert wird, vorgegeben. Die Brennstoffzellen-Steuereinheit FCCU ermittelt daraus die benötigten Stell größen STG für die Nebenaggregate der Brennstoffzelle 2, die an den Nebenaggregaten eingestellt werden, um den angeforderten elektrischen Strom I oder die angeforderte elektri- sche Leistung (oder Spannung) zu erzeugen. Für die Erfindung wird davon ausgegangen, dass zumindest gewisse Nebenaggregate der Brennstoffzelle 2 nicht real am Prüfstand 1 vorhanden sind.
Am Prüfstand 1 sind daher eine Anzahl m>0 von realen Nebenaggregaten NAm für den Be- trieb der Brennstoffzelle, beispielsweise zum Konditionieren eines Reaktanden der Brenn- stoffzelle 2, angeordnet, um eine Zustandsgröße Zm der Brennstoffzelle, beispielsweise ei- nes Reaktanden oder eine elektrische Zustandsgröße, zu beeinflussen. Eine Anzahl n>1 von Nebenaggregaten der Brennstoffzelle sind aber nicht real am Prüfstand aufgebaut, sondern werden am Prüfstand 1 durch Emulationsmodule EMn ersetzt und durch die Emulationsmo- dule EMn nachgebildet. Dabei ist am Prüfstand 1 zumindest ein Emulationsmodul EMn als Ersatz für ein reales Nebenaggregat NAn vorgesehen. Damit wird durch ein Emulationsmo- dul EMn ebenfalls eine Zustandsgröße Zn der Brennstoffzelle, beispielsweise eines Reak- tanden oder eine elektrische Zustandsgröße, beeinflusst. Hierbei kann es auch Querabhän- gigkeiten geben, d.h. dass eine Änderung einer Zustandsgröße Zm oder Zn, gleichzeitig auch eine Zustandsgröße Zm oder Zn beeinflusst und zu einer Änderung der anderen Zu- standsgröße führt.„Real aufgebaut“ bedeutet damit, dass eine Komponente am Prüfstand 1 so wie in der realen Brennstoffzelle 2 verbaut angeordnet ist.„Nachgebildet“ bedeutet, dass am Prüfstand 1 mit einem Emulationsmodul EMn Emulationshardware vorhanden ist, die das reale Verhalten eines realen Nebenaggregats NAn realitätsnah nachbildet. In einer mögli- chen Ausgestaltung werden alle realen Nebenaggregate NAn der Brennstoffzelle 2 am Prüf- stand 1 durch Emulationsmodule EMn nachgebildet. Das dynamische Verhalten der nachgebildeten n Nebenaggregate NAn wird für jedes Emula- tionsmodul EMn mittels Simulationsmodellen Mn in einer Simulationseinheit 4 simuliert. Ein Simulationsmodell Mn kann ein mathematisches, physikalisches, empirisches, trainiertes, usw. Modell sein, dass in der Simulationseinheit 4 vorzugsweise als Software ausgeführt wird und das berechnet, wie sich eine Stellgröße STG auf eine Zustandsgröße Zk (k=1. n,
...,n+m) der Brennstoffzelle 2, die mit dem jeweiligen Nebenaggregat beeinflusst wird, aus- wirkt. Diese berechnete Auswirkung wird dann mit dem zugehörigen Emulationsmodul EMn am Prüfstand 1 eingestellt, d.h. die jeweilige Zustandsgröße Zk so beeinflusst, dass diese den simulierten Wert annimmt.
Um das dynamische Verhalten der realen Nebenaggregate und auch dynamische Wechsel- wirkungen der realen Nebenaggregate untereinander oder mit dem Brennstoffzellen-Stack 3 realitätsnah nachbilden zu können, müssen zum einen die Emulationsmodule EMn ausrei- chend schnell sein, um schnellen dynamischen Änderungen einer Zustandsgröße Zk folgen zu können und zum anderen müssen die Simulationsmodelle Mn das dynamische Verhalten der realen Nebenaggregate ausreichend genau nachbilden. Ein Simulationsmodell Mn darf damit nicht nur einen stationären Betriebspunkt bei Änderung einer Stellgröße STG berech- nen, sondern muss das dynamische Verhalten, also beispielsweise Anstiegszeiten, Über- schwingen, usw., der Zustandsgröße Zk ebenso abbilden. Ein Emulationsmodul EMn muss damit zumindest die Dynamik der Simulation durch das Simulationsmodell Mn aufweisen, damit die Zustandsgröße Zk am Prüfstand 1 ausreichend schnell eingestellt werden und da- mit der Simulation folgen kann.
In einem Emulationsmodul EMn ist üblicherweise ein geeigneter Regler (in Fig.1 nicht darge- stellt) implementiert, der die geforderte Änderung der Zustandsgröße Zk einstellt.
In einer Brennstoffzelle 2 sind natürlich auch eine Anzahl p>1 von Messsensoren Sp vorge- sehen, um bestimmte Messwerte MW zu erfassen, die für das Steuern der Brennstoffzelle 2 benötigt werden. Auch am Prüfstand 1 können entsprechende Messsensoren Sp angeordnet sein, die ihre Messwerte MW an die Simulationseinheit 4 liefern. Die Brennstoffzellen- Steuereinheit FCCU verarbeitet beispielsweise diese Messwerte MW. Ebenso können aber die Simulationsmodelle Mn Messwerte MW verarbeiten, je nach Implementierung der Simu- lationsmodell Mn.
Die Brennstoffzellen-Steuereinheit FCCU kann die reale, in der Brennstoffzelle 2 verbaute Steuereinheit sein oder kann auch in der Simulationseinheit 4, beispielsweise durch entspre- chende Software, simuliert werden (angedeutet durch die strichlierte Linie in der Simulati- onseinheit 4). Damit kann auch die Brennstoffzellen-Steuereinheit FCCU durch die Simulati- on in der Simulationseinheit 4 für einen Prüflauf am Prüfstand 1 geändert werden, um be- stimmte Auswirkungen auf das Verhalten der Brennstoffzelle 2 zu überprüfen. Die Brennstoffzellen-Steuereinheit FCCU ist unabhängig davon ob reale Nebenaggregate NAm oder Emulationsmodule EMn gesteuert werden. Die Brennstoffzellen-Steuereinheit FCCU muss diesen Unterschied für die Durchführung eines Prüflaufs PL nicht kennen.
Der Brennstoffzellen-Stack 3 kann außerdem am Prüfstand 1 mit einer elektrischen Last 5 verbunden sein, um einen bestimmten Lastzustand der Brennstoffzelle 2 nach einem vorge- gebenen Prüflauf PL zu simulieren. Der Prüflauf PL wird beispielsweise von einem Prüf- standfahrer vorgegeben. Die Durchführung des Prüflaufs PL selbst kann dann vollautomati- siert durchgeführt werden. Die Last 5 ist beispielsweise als Umrichter ausgeführt, um einen bestimmten elektrischen Strom und/oder elektrische Spannung einzustellen. Zwischen der Last 5 und dem Brennstoffzellen-Stack 3 könnte natürlich auch noch ein Umrichter oder elektrischer Zwischenspeicher der Brennstoffzelle (als Nebenaggregat) vorgesehen sein. Auch ein solches Nebenaggregat könnte am Prüfstand 1 durch ein Simulationsmodell Mn in Kombination mit einem zugehörigen Emulationsmodul EMn nachgebildet werden.
Es könnte aber natürlich auch eine reale Last 5 am Prüfstand 1 aufgebaut sein, beispiels- weise ein elektrischer Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs, oder ein Teil eines solchen Antriebstranges.
Dabei können mit Messsensoren S3 auch Messwerte MW der Last 5 erfasst und weiterver- arbeitet werden.
Die Durchführung eines Prüflaufs PL wird von einer Prüfstandautomatisierungseinheit 6 ge- steuert. Ein Prüflauf PL ist beispielsweise als zeitliche Abfolge von elektrischen Strömen und elektrischen Spannungen oder als zeitlicher Verlauf einer elektrischen Leistung, die an der Last 5 eingestellt wird, vorgegeben.
Zur Umsetzung des Prüflaufs liefert die Prüfstandstautomatisierungseinheit 6 beispielsweise eine Leistungsanforderungsinformation (z.B. einen elektrischen Strom I) an die Brennstoff- zellen-Steuereinheit FCCU. Diese dient der Brennstoffzellen-Steuereinheit FCCU als Vorab- information, um sich auf die entsprechenden Betriebsbedingungen vorbereiten zu können.
Im Gegenzug liefert die Brennstoffzellen-Steuereinheit FCCU kontinuierlich die mit der Brennstoffzelle 2 aktuell maximal zur Verfügung stehende Leistung an die Prüfstandstauto- matisierungseinheit 6. Je nach Typ der Brennstoffzelle 2 wird die geforderte Leistungsanfor- derung nach einer gewissen Zeit erreicht. Die Lastanforderung an die Last 5 wird von der Prüfstandstautomatisierungseinheit 6 basierend auf der Rückmeldung der Brennstoffzellen- Steuereinheit FCCU laufend limitiert. Die volle Leistungsanforderung wird erst dann freige- geben, wenn die Brennstoffzelle 2 die dafür notwendigen Betriebsbedingungen hergestellt hat. Damit ergibt sich eine Diskrepanz zwischen Leistungsanforderung und der Ist-Leistung. Je nach Art der Last 5 (beispielsweise Fahrzeugkonzept oder Applikationskonzept) wird die nicht zur Verfügung stehende Leistung zwischenzeitlich beispielsweise von einem Batterie- system zur Verfügung gestellt oder überbrückt. Die Prüfstandstautomatisierungseinheit 6 kann damit am Prüfstand 1 auch die Funktion einer übergeordneten Steuereinheit, wie sie bei einer realen Anwendung der Brennstoffzelle 2 vorhanden wäre, übernehmen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Durchführung eines Prüflaufs auf einem Prüfstand (1 ) für eine Brenn- stoffzelle (2), wobei zumindest ein reales Nebenaggregat (NAn) der Brennstoffzelle (2), das eine Zustandsgröße (Zn) eines Reaktanden der Brennstoffzelle (2) oder eine elektrische Zu- standsgröße der Brennstoffzelle (2) beeinflusst, am Prüfstand (1 ) durch ein Emulationsmodul (EMn) ersetzt wird, und für dieses Nebenaggregat (NAn) ein dynamisches Simulationsmodell (Mn) ausgeführt wird, das zur Durchführung des Prüflaufs das dynamische Verhalten des realen Nebenaggregats (NAn) nachbildet, und das Emulationsmodul (EMn) die durch das Simulationsmodell (Mn) simulierte Änderung der Zustandsgröße (Zn) am Prüfstand (1 ) mit der Dynamik der Simulation einstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass am Prüfstand (1 ) zusätz- lich zumindest ein reales Nebenaggregat (NAm) verwendet wird, um zumindest eine weitere Zustandsgröße (Zm) der Brennstoffzelle (2) am Prüfstand (1 ) zu beeinflussen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzel- le (2) am Prüfstand (1 ) zur Durchführung des Prüflaufs mit einer elektrischen Last (5) ver- bunden wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Prüfstand (1 ) zumindest ein Messsensor (Sp) einen Messwert (MW) des Emulationsmoduls (EMn) oder einen Messwert (MW) des zumindest einen realen Nebenaggregats (NAn) oder der elektrischen Last (5) erfasst und der zumindest eine Messwert (MW) in einem Simulati- onsmodell (Mn) zur Durchführung des Prüflaufs verarbeitet wird.
5. Prüfstand für eine Brennstoffzelle (2), wobei am Prüfstand (1 ) ein Brennstoffzellen- Stack (3) angeordnet ist und am Prüfstand (1 ) zumindest ein Emulationsmodul (EMn) vorge- sehen ist, das ein reales Nebenaggregat (NAn) der Brennstoffzelle (2), das eine Zu- standsgröße (Zn) eines Reaktanden der Brennstoffzelle (2) oder eine elektrische Zu- standsgröße der Brennstoffzelle (2) beeinflusst, ersetzt, und am Prüfstand (1 ) eine Simulati- onseinheit (4) vorgesehen ist, in der ein dynamisches Simulationsmodell (Mn) implementiert ist, das das dynamische Verhalten des realen Nebenaggregats (NAn) nachbildet, und das Simulationsmodell (Mn) anhand eines vorgegebenen Prüflaufs eine Änderung der Zu- standsgröße (Zn) berechnet und das Emulationsmodul (EMn) die Änderung der Zu- standsgröße (Zn) am Prüfstand (1 ) einstellt.
6. Prüfstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Prüfstand (1 ) zusätz- lich zumindest ein reales Nebenaggregat (NAn) vorgesehen ist, das zumindest eine weitere Zustandsgröße (Zm) der Brennstoffzelle (2) gemäß dem Prüflauf beeinflusst.
7. Prüfstand nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzel- le (2) am Prüfstand (1 ) mit einer elektrischen Last (5) verbunden ist.
8. Prüfstand nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Prüfstand (1 ) zumindest ein Messsensor (Sp) vorgesehen ist, der einen Messwert (MW) des Emulationsmoduls (EMn) oder einen Messwert (MW) des zumindest einen realen Nebenag- gregats (NAn) oder der elektrischen Last (5) erfasst und das Simulationsmodell (Mn) den zumindest einen Messwert (MW) zur Durchführung des Prüflaufs verarbeitet.
PCT/EP2018/084266 2017-12-18 2018-12-11 Verfahren und prüfstand zur durchführung eines prüflaufs für eine brennstoffzelle WO2019121132A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA51040/2017 2017-12-18
ATA51040/2017A AT519171B1 (de) 2017-12-18 2017-12-18 Verfahren und Prüfstand zur Durchführung eines Prüflaufs für eine Brennstoffzelle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019121132A1 true WO2019121132A1 (de) 2019-06-27

Family

ID=61872476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/084266 WO2019121132A1 (de) 2017-12-18 2018-12-11 Verfahren und prüfstand zur durchführung eines prüflaufs für eine brennstoffzelle

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT519171B1 (de)
WO (1) WO2019121132A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111708284A (zh) * 2020-06-30 2020-09-25 上海电气集团股份有限公司 一种燃料电池系统仿真测试方法、装置、设备及存储介质
CN113113635A (zh) * 2021-04-13 2021-07-13 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池电堆冷启动试验台架及冷启动控制方法
CN113495216A (zh) * 2021-05-17 2021-10-12 上海申风投资管理有限公司 一种燃料电池测试设备
CN114542448A (zh) * 2022-03-05 2022-05-27 北京亿华通科技股份有限公司 一种氢气循环泵的耐久性测试方法
CN115221816A (zh) * 2022-09-19 2022-10-21 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 确定燃料电池水管理状态操作条件组合的方法和装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110298127B (zh) * 2019-07-04 2023-04-25 中山大学 基于燃料电池热电联产系统的简易试验模型

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006086071A (ja) * 2004-09-17 2006-03-30 Yokogawa Electric Corp 仮想改質装置及びこれを用いた燃料電池試験装置
DE102013020436A1 (de) * 2013-12-06 2015-06-11 Daimler Ag Verfahren zum Testen eines Brennstoffzellensystems für ein Kraftfahrzeug und Teststand

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007008268B4 (de) * 2007-02-20 2009-02-19 Staxera Gmbh Prüfstand und Prüfverfahren für einen Brennstoffzellenstapel
CN104062596A (zh) * 2014-06-16 2014-09-24 弗尔赛（上海）能源科技有限公司 一种硬件在环燃料电池测试系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006086071A (ja) * 2004-09-17 2006-03-30 Yokogawa Electric Corp 仮想改質装置及びこれを用いた燃料電池試験装置
DE102013020436A1 (de) * 2013-12-06 2015-06-11 Daimler Ag Verfahren zum Testen eines Brennstoffzellensystems für ein Kraftfahrzeug und Teststand

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FEROLDI D ET AL: "Energy Management Strategies based on efficiency map for Fuel Cell Hybrid Vehicles", JOURNAL OF POWER SOURCES, ELSEVIER SA, CH, vol. 190, no. 2, 15 May 2009 (2009-05-15), pages 387 - 401, XP026023324, ISSN: 0378-7753, [retrieved on 20090224], DOI: 10.1016/J.JPOWSOUR.2009.01.040 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111708284A (zh) * 2020-06-30 2020-09-25 上海电气集团股份有限公司 一种燃料电池系统仿真测试方法、装置、设备及存储介质
CN111708284B (zh) * 2020-06-30 2023-03-14 上海电气集团股份有限公司 一种燃料电池系统仿真测试方法、装置、设备及存储介质
CN113113635A (zh) * 2021-04-13 2021-07-13 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池电堆冷启动试验台架及冷启动控制方法
CN113113635B (zh) * 2021-04-13 2022-06-21 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池电堆冷启动试验台架及冷启动控制方法
CN113495216A (zh) * 2021-05-17 2021-10-12 上海申风投资管理有限公司 一种燃料电池测试设备
CN114542448A (zh) * 2022-03-05 2022-05-27 北京亿华通科技股份有限公司 一种氢气循环泵的耐久性测试方法
CN114542448B (zh) * 2022-03-05 2023-08-15 北京亿华通科技股份有限公司 一种氢气循环泵的耐久性测试方法
CN115221816A (zh) * 2022-09-19 2022-10-21 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 确定燃料电池水管理状态操作条件组合的方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
AT519171A2 (de) 2018-04-15
AT519171B1 (de) 2019-08-15
AT519171A3 (de) 2019-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AT519171B1 (de) Verfahren und Prüfstand zur Durchführung eines Prüflaufs für eine Brennstoffzelle
Pukrushpan et al. Control of fuel cell breathing
DE112006001940B4 (de) Brennstoffzellensystem und Vorrichtung zur Gaslecksuche
Nikiforow et al. Power ramp rate capabilities of a 5 kW proton exchange membrane fuel cell system with discrete ejector control
Wang et al. Design and experimental implementation of time delay control for air supply in a polymer electrolyte membrane fuel cell system
DE112008003004B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Verringerung des Stroms derselben
DE102009050938B4 (de) Verfahren zum Steuern einer Luftströmung zu einem Brennstoffzellenstapel
Botta et al. Dynamic modeling of reversible solid oxide cell stack and control strategy development
Souleman et al. A generic fuel cell model for the simulation of fuel cell power systems
WO2018015336A1 (de) Geregelte gaskonditionierung für ein reaktionsgas einer brennstoffzelle
DE102011100159B4 (de) Adaptives Verfahren zum Steuern eines Brennstoffzufuhrinjektors mit modellieren von Unsicherheiten in einem Brennstoffzellensystem
DE10161965B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels und Brennstoffzellensystem
DE10222422A1 (de) Brennstoffzellen-Steuer/Regelvorrichtung und Brennstoffzellenfahrzeug-Steuer/Regelvorrichtung
DE102016106795A1 (de) Brennstoffzellensystem
Kim et al. Time delay control for fuel cells with bidirectional DC/DC converter and battery
DE112008003031T5 (de) Brennstoffzellensystem
Pan et al. Thermodynamic modelling and intelligent control of fuel cell anode purge
DE112011105797T5 (de) Ausgabesteuervorrichtung für eine Brennstoffzelle
CN115885400A (zh) 用于燃料电池堆叠的初始调试的方法和装置
DE102018214378A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung, Brennstoffzellenvorrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung
CN113492727B (zh) 一种基于empc的燃料电池混合动力系统控制方法
DE102017214726A1 (de) Verfahren zur Bewertung eines Kühlmittelflusses eines Kühlmittelkreislaufs eines Brennstoffzellensystems, Brennstoffzellensystem und Fahrzeug
Chen et al. Multiple model predictive control for oxygen starvation prevention of fuel cell system
DE102012024385A1 (de) Einrichtung und Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie
Al-Othman et al. Experimental implementation of PEM fuel cell powered DC motor for vehicle applications

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: 18815700

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18815700

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1